"온실가스 유용 물질 전환 기술 개발에 기여"

국내 연구진이 이산화탄소가 촉매 표면에서 분해되는 순간을 관찰하는 데 처음으로 성공했다.

기초과학연구원(IBS)은 나노물질·화학반응연구단 박정영 부연구단장과 광주과학기술원(GIST) 문봉진·충남대 김현유 교수 연구팀이 상압 환경에서 이산화탄소 분자가 촉매 표면에서 분해되는 순간을 실시간 포착했다고 6일 밝혔다.

최근 온실가스인 이산화탄소를 유용 물질로 전환하는 연구가 활발히 진행되고 있지만, 초기 분해 과정에는 여전히 의문점이 남아있다.

이산화탄소는 화학적으로 매우 안정적이어서 일산화탄소(CO)와 산소(O)로 분해하는 초기 과정에는 수십 기압에 이르는 고압 조건이 요구된다.

너무 높은 압력에서는 서서히 변해 가는 분자와 원자들의 모습을 관찰하기 어렵고, 반대로 압력이 너무 낮으면 반응 자체가 진행되지 않는다.

이산화탄소 구조 변화는 광학적 분석 등을 통해 이론적으로 제시됐을 뿐 분해 과정의 화학적 기제를 원자 수준에서 밝힌 연구는 없었다.

연구팀은 이산화탄소 분자 내부 압력이 충분히 증가하면, 촉매 표면에서 스스로 구조 변화를 일으킬 것이라는 이론적 가정 아래 실험을 진행했다.

머리카락 굵기 10만분의 1 해상도를 갖는 '상압 주사 터널링 전자 현미경'으로 관찰한 결과, 가로·세로 2∼5㎚(나노미터·100만분의 1㎜) 크기의 로듐 촉매 표면에서 이산화탄소 분자들이 서로 충돌하다 일산화탄소로 분해되는 모습이 확인됐다.

이후 '거대 빛 현미경'이라 불리는 방사광가속기를 활용해 로듐 촉매 표면의 미세한 에너지 변화를 측정한 결과, 상압 환경에서 일산화탄소 농도가 서서히 증가하는 것으로 나타났다.

박정영 IBS 부연구단장은 "이산화탄소가 촉매 표면에서 스스로 분해된다는 이론은 40여 년 전 제시됐지만, 실험 증거가 뒷받침되지 않았다"며 "이산화탄소의 청정 연료 전환 연구에 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications) 이날 자 온라인판에 실렸다.

/연합뉴스