김영독 성균관대 교수팀, 고효율 산화철 나노촉매···"대량생산 가능"
김 교수 "새집증후군 유발물질 전환용 촉매로도 응용 가능" 

온도조절 화학기상 증착법을 이용해 제조한 시료의 분석 결과 및 촉매 합성 과정의 모식도. <자료=한국연구재단 제공>
온도조절 화학기상 증착법을 이용해 제조한 시료의 분석 결과 및 촉매 합성 과정의 모식도. <자료=한국연구재단 제공>
국내 연구진이 배기가스의 유해물질을 저렴하게 처리하는 촉매를 개발했다.  

미래창조과학부(장관 최양희)는 김영독 성균관대 교수 연구팀이 저가의 산화철(Fe₂O₃)을 이용해 배기가스를 인체에 무해한 물질로 바꾸는 나노촉매를 만드는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 

자동차의 배기가스 저감 장치는 백금이 나노구조로 가공된 촉매가 주로 사용된다. 연료가 탈 때 불안전연소가 일어나면서 일산화탄소(CO)와 그을음 등이 나오는데 이를 다시 처리해 인체에 무해한 이산화탄소(CO₂)로 배출시키기 위한 것이다. 

현재 쓰이는 백금 계열의 촉매는 가격이 비싼데다 온도가 150도 이상 돼야 유해물질을 전환시킬 수 있다. 대안으로 쓰이는 촉매들은 700~800도 이상의 온도에서 구조적 안정성이 떨어지고, 구조 변화에 따라 초기의 촉매 활성을 잃어버리는 문제를 안고 있다. 

이에 연구팀은 산화철을 알루미나 지지체 내부에 증착시키는 방법을 개발, 나노구조 촉매가 저온(30도)에서도 일산화탄소를 처리해 이산화탄소로 전환할 수 있도록 했다. 

연구팀은 철 성분을 포함한 유기금속화합물 '페로센'을 기화시켜 확산시키는 방법으로 직경 1나노미터(nm) 수준의 산화철 나노입자를 고르게 증착시켰다. 

연구팀이 개발한 촉매는 100도 수준에서도 일산화탄소 처리가 가능했으며 촉매의 피독 현상(촉매의 활성이 반응시간이 지나면서 감소하는 현상) 없이 활성이 유지됐다. 또 촉매를 900도 고온에 노출한 후에도 제대로 작동하는 것을 확인했다. 

김영독 교수는 "이번 연구는 나노 촉매 합성법인 온도조절 화학기상증착법을 개발한 것으로 합성법이 간단해 대량생산이 가능하다"며 "기존 촉매보다 값이 싼 물질을 이용해 실용화 가능성도 높다"고 밝혔다. 

또 "자동차 배기가스에 존재하는 일산화탄소의 처리뿐만 아니라 실내 대기에 존재하는 벤젠과 같은 새집증후군 유발물질을 이산화탄소로 전환시켜주는 촉매로도 응용할 수 있을 것으로 기대된다"고 덧붙였다. 

이번 연구는 미래창조과학부·한국연구재단 기초연구사업(개인연구) 지원으로 연구를 수행했으며, 국제학술지 '사이언티픽 리포트(Scientific Report)' 1월 16일자에 실렸다. 

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