2차원 산화물서 금-산화물 계면 전하 변화 확인
일산화탄소 생성 선택성 높아져…촉매 설계 활용 기대
서울시립대학교 연구팀이 산화물의 구조에 따라 이산화탄소 환원 촉매의 성능이 달라지는 원리를 규명했다.
서울시립대는 신소재공학과 이효선 교수 연구팀이 김현식 교수 연구팀, 경희대 신혜영 교수 연구팀과 공동으로 페로브스카이트 산화물의 2차원·3차원 구조가 금-산화물 계면과 촉매 반응에 미치는 영향을 분석했다고 23일 밝혔다.
전기화학적 이산화탄소 환원은 이산화탄소를 일산화탄소 등 유용한 물질로 전환하는 기술이다. 원하는 생성물의 비율을 높이기 위해 금속과 산화물이 맞닿는 계면을 조절하는 연구가 이뤄져 왔지만, 산화물의 구조 차이가 계면과 반응에 미치는 영향은 충분히 밝혀지지 않았다.
연구팀은 2차원과 3차원 페로브스카이트 산화물에 각각 금 나노입자를 올린 촉매를 제작해 성능을 비교했다. 그 결과 2차원 산화물 기반 촉매에서 일산화탄소 생성 선택성이 더 높게 나타났다.
전자 상태를 분석한 결과 2차원 산화물에서는 금 나노입자 일부가 양전하를 띠는 비율이 상대적으로 높았고, 금과 산화물 사이의 전하 재분포도 더 뚜렷했다. 연구팀은 이런 변화가 일산화탄소 생성 과정의 반응 중간체를 안정화해 선택성을 높이는 데 기여한 것으로 분석했다.
이번 연구는 산화물 지지체가 금속 입자를 받치는 역할에 그치지 않고 계면의 전자 상태와 촉매 반응을 조절할 수 있음을 보여준다. 연구팀은 산화물의 차원적 구조를 이산화탄소 전환 촉매를 설계하는 요소로 활용할 수 있을 것으로 보고 있다.
연구 결과는 나노과학 분야 국제학술지 ‘스몰(Small)’에 지난 13일 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
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