인하대 연구팀이 이산화탄소를 포집하면서 동시에 유용한 화합물로 전환할 수 있는 촉매 기술을 개발했다.

인하대는 화학공학과 심상은 교수 연구팀이 실리카 기반 에어로젤 내부에서 금속·유기 골격체(MOF)를 직접 성장시키는 방식의 차세대 촉매 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

에어로젤은 매우 가볍고 내부에 미세한 기공이 많은 구조를 가진 소재다. 연구팀은 이 구조를 하나의 반응 공간처럼 활용해 촉매 물질이 내부에서 균일하게 형성되도록 설계했다. 이를 통해 기존 촉매에서 발생하던 입자 뭉침 현상을 줄이고 반응 활성 부위를 효율적으로 활용할 수 있도록 했다.

연구팀은 실리콘 기반 고분자와 친수성 고분자를 결합한 새로운 에어로젤 지지체를 개발하고, 내부에 이산화탄소 흡착과 전환 반응에 효과적인 MOF를 균일하게 분산시키는 데 성공했다. 이 구조는 높은 표면적과 견고한 골격을 동시에 갖춰 합성 과정에서도 안정적인 형태를 유지한다.

또 촉매 표면에 이산화탄소 흡착을 돕는 이온성 액체를 도입해 반응 효율을 높였다. 그 결과 상온에서도 높은 이산화탄소 흡착 성능을 보였으며 촉매 반응 실험에서는 적은 양의 촉매로도 높은 반응 효율을 나타냈다.

이 촉매는 10회 이상 반복 사용해도 성능 저하가 거의 없었고 수분이 존재하는 환경에서도 안정적으로 작동했다. 실록산 기반 구조의 소수성 특성 덕분으로 실제 산업 공정 적용 가능성을 높였다는 평가다.

이번 연구에는 민경훈 화학·화학공학융합학과 석·박사 통합과정 연구원이 제1저자로 참여했다.

심상은 교수는 “에어로젤 내부에서 촉매를 직접 성장시키는 전략으로 기존 금속·유기 골격체 촉매의 한계를 효과적으로 극복했다”며 “이 기술이 이산화탄소를 줄이고 자원으로 활용하는 데 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘Advanced Composites and Hybrid Materials’에 게재됐다.