KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 민병권·황윤정 청정에너지연구센터 박사 연구팀이 구리 금속 호일 위에 간단한 양극산화 방식을 적용해 이산화탄소를 에틸렌으로 선택적으로 전환하는 고내구성 촉매를 개발했다고 25일 밝혔다.

에틸렌은 플라스틱 소재인 폴리에틸렌 제조에 쓰인다. 전기화학적으로 이산화탄소를 전환해 에틸렌을 생산하는 기술은 세계적으로 초기 단계다.

이산화탄소를 전환해 에틸렌을 생성하는 반응은 일반적으로 구리 촉매를 이용한다. 하지만 에틸렌 생성물의 선택도와 그 선택도를 유지하는 안정성 면에서 한계점이 있었다.

연구팀은 구리 호일을 간단한 전기화학적 방법으로 산화시킴으로써 나노와이어 구조의 구리 수산화물을 합성했다. 이를 이산화탄소 환원 촉매 전극으로 사용했다.

개발된 촉매 전극은 기존 구리 금속 호일에 비해 에틸렌 생성 선택도를 2배 이상 증가시켰다. 부반응 물질로 나오는 메탄의 생성 선택도는 기존 대비 30분의 1 수준으로 억제하는 성능을 보였다.

또 기존에 보고된 구리기반 촉매가 1~2시간 수준의 촉매 안정성을 보여주는 것에 비해, 연구팀이 개발한 촉매는 20배 이상 증가된 안정성을 확보하고 있다.

황윤정 박사는 "저가의 구리 촉매를 이용해 매우 간단하고 짧은 시간의 전기화학적 처리만으로도 월등히 향상된 촉매 전극을 제조할 수 있다"라며 "향후 이산화탄소 전환 고부가가치 에틸렌 생산 기술의 상용화에 기여를 할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 화학 분야 국제 학술지인 미국화학학회지(IF : 13.038, JCR 상위분야 6.13%) 최신호에 게재됐다.