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| CO₂ → CO 전환 금속 촉매, 이중 원자 구조 설계로 경제성, 안정성, 대량생산 가능성 제시 | |||||||
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| 번호 | 200 | View | 9 | 등록일 | 2026-03-08 | 주제별 분류 | 기술 |
| 한국화학연구원 연구팀, 고온 조건에서도 안정적으로 이산화탄소(CO₂)를 일산화탄소(CO)로 전환할 수 있는 이중 원자 금속 촉매를 개발 - (필요성) CO₂를 산업 원료인 CO로 전환하는 기술은 합성연료와 화학제품 생산 등 탄소 자원화 공정의 핵심 기술로 주목받고 있음. CO₂는 화학적으로 매우 안정적인 분자로 반응을 위해서는 500~600℃ 이상의 고온이 필요함. 기존 CO₂ 전환 촉매는 니켈(Ni), 구리(Cu), 백금(Pt) 등 금속 나노 입자를 주로 활용하는데 금속이 많아질수록 비용이 늘고, 고온에서 장시간 반응 시 입자가 뭉치는 소결 현상으로 활성점이 감소해 성능이 저하되는 문제가 있음. - (개발내용) 금속을 원자 단위로 정밀 설계한 이중 원자 촉매(Dual-Atom Catalyst)를 개발. 금속을 질소가 도핑된 탄소 지지체 구조 안에 원자쌍 형태로 고정하는 구조를 설계하여 고온에서도 금속 원자가 구조적 안정성을 확보함. 또한 구리와 니켈 이중 원자 구조로 CO₂ 활성화와 생성된 CO의 탈착을 동시에 촉진하고, 메탄(CH₄) 생성 등 불필요한 부반응을 억제하도록 설계함. 실험 결과, 300~600℃ 범위에서 CO 선택도 약 100%를 유지하며 CO₂ 전환율은 열역학적 한계에 근접한 수준을 달성했고, 100시간 이상의 반복 운전에서도 촉매 구조와 반응 성능이 안정적으로 유지됨. 또한 용액 기반 혼합·건조·열처리 공정을 적용해 합성 공정을 단순화하고 약 10 g 이상 규모의 촉매 합성에도 성공해 대량 생산 가능성을 제시함.  <이중원자 촉매 합성 공정 모식도>
- (기대효과) 이번 연구 성과는 CO₂를 CO로 전환하는 역수성가스전환(RWGS) 공정의 핵심 촉매 기술로 활용될 수 있음. 생산된 CO는 합성가스(Syngas), 메탄올(Methanol), 합성연료(E-fuel), 화학원료(올레핀/왁스) 등 다양한 화학제품 생산 공정에 연계가 가능함. 또한 재생에너지 기반 그린수소와 결합한 Power-to-X(전력->연료/화학)의 전환공정 등 탄소중립 산업으로의 전환에 기여할 것으로 전망됨. |
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