심상은 교수(화학공학 91) 연구팀, 차세대 ...
에어로젤 내부에서 MOF 직접 성장… 입자 뭉침 문제 해결
10회 반복 사용·수분 환경에서도 안정성 입증
(사진 왼쪽부터) 논문 제1저자인 인하대 민경훈 화학·화학공학융합학과 석·박사 통합과정 연구원과 지도교수인 심상은 화학공학과 교수.
인하대학교는 심상은 화학공학과(화학공학 91) 교수 연구팀이 최근 이산화탄소를 포집하는 동시에 유용한 화합물로 전환할 수 있는 차세대 촉매 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 이번 기술은 실리카 기반 에어로젤 내부에서 금속·유기 골격체(MOF)를 직접 성장시키는 새로운 방식이다.
심 교수 연구팀은 가볍고 미세한 구멍이 많은 구조를 가진 에어로젤을 하나의 작은 반응 공간처럼 활용해, 내부에서 촉매 물질이 균일하게 형성되도록 설계했다. 이를 통해 기존 촉매에서 자주 발생하던 입자 뭉침 현상을 줄이고, 반응에 필요한 활성 부위를 더욱 효과적으로 활용할 수 있도록 했다.
특히 실리콘 기반 고분자와 친수성 고분자를 결합해 새로운 에어로젤 지지체를 개발하고, 내부에 이산화탄소 흡착과 전환 반응에 효과적인 MOF를 고르게 분산시키는 데 성공했다. 이 구조는 높은 표면적과 단단한 골격을 동시에 갖춰 까다로운 합성 조건에서도 형태가 유지되는 장점이 있다.
또한 촉매 표면에 이산화탄소를 잘 붙잡아두는 역할을 하는 이온성 액체를 도입해 반응 효율을 더욱 높였다. 그 결과 상온에서도 우수한 이산화탄소 흡착 성능을 보였으며, 촉매 반응 실험에서는 매우 적은 양의 촉매만으로도 거의 완벽에 가까운 반응 효율을 달성했다.
이 촉매는 10회 이상 반복 사용해도 성능 저하가 거의 없었고, 수분이 존재하는 환경에서도 안정적으로 작동했다. 실록산 기반 구조의 소수성 특성 덕분으로, 실제 산업 공정에 적용할 수 있는 가능성을 높였다는 평가다. 이번 연구에는 민경훈 화학·화학공학융합학과 석·박사 통합과정 연구원이 제1저자로 참여했다.
심 교수는 “에어로젤 내부에서 촉매를 직접 성장시키는 전략을 통해, 기존 금속–유기 골격체 촉매가 가진 한계를 효과적으로 극복했다”며 “이 기술은 이산화탄소를 줄이고 자원으로 활용하는데 기여할 수 있는 실질적인 대안이 될 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구 성과는 국제 학술지 Advanced Composites and Hybrid Materials(Impact factor: 21.8)에 게재됐다.
