인하대 조창범 교수 연구팀, 제올라이트 미세기공 내 캡슐화 금속 나노 입자 합성법 개발

[스마트에프엔=주성남 기자] 인하대학교(총장 조명우) 화학과 조창범 교수 연구팀이 제올라이트 미세기공 내 금속 나노 입자 담지법을 개발했다고 25일 밝혔다.

연구팀은 2개의 관능기(같은 화학적 특성을 지닌 한 무리의 유기화합물)를 동시에 가지고 있는 유기물(생명체를 이루고 있는 물질)을 이용해 제올라이트의 미세한 구멍 내 약 2나노미터 크기를 가지게 되는 금속 나노 입자 담지법을 개발했다. 제올라이트는 알루미늄 산화물과 규산 산화물의 결합으로 만들어진 광물로 주로 흡착제나 촉매로 활용된다.

유기물의 싸이올기는 금속과 결합해 유기물·금속 복합체를 형성한다. 남은 아민기는 금속 복합체를 제올라이트의 미세한 구멍 안으로 끌고 들어가는데 이러한 원리를 이용한 게 금속 나노 입자 담지법이다.

이번에 개발한 기술은 다양한 금속(금, 니켈, 로듐)과 여러 종류의 제올라이트 골격에 적용 가능하다. 특히 니켈 금속을 이용해 수소를 만들어내는 메탄 분해 반응과 선형 알칸 탄화수소에서 높은 옥탄가를 가지는 가지 달린 이성질체(분자 내 원자의 연결 상태가 다른 화합물)로 전환하는 수소화 이성질체 반응에서 높은 촉매 활성도를 나타냈다.

높은 촉매 활성도를 보이면 촉매를 사용하지 않았을 때와 비교했을 때 원하는 생성물을 빠르게 많이 얻을 수 있어 에너지 소모가 적어진다.

메탄 분해 반응은 온실가스 주원인인 메탄을 소모시키고, 온실가스 배출 없이 수소를 생산할 수 있는 친환경 공정이다. 메탄 분해 반응은 수소뿐 아니라 탄소를 생성하는데, 이 탄소는 촉매독으로 작용해 촉매를 뒤덮어 메탄 분해 반응을 빠르게 비활성화하게 만든다.

이번 연구에서 개발한 촉매를 이용하면 탄소가 촉매를 뒤덮지 않아 일반적으로 제작한 촉매보다 천천히 비활성화돼 오랫동안 촉매 반응을 이루게 된다.

조창범 인하대 화학과 교수 연구팀의 이번 연구논문은 세계 최고 화학 학술지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition·IF=16.823)’에 10% 이내 중요도를 가지는 VIP(Very Important Paper) 논문으로 선정됐다.

논문 제1공동저자는 인하대 나노물질 및 그린촉매 연구실에서 석사학위 과정 중인 송민석 연구원과 석사 학위를 받고 현재 한국표준협회에서 근무 중인 엄은지 졸업생이다.

교신저자인 조창범 인하대 화학과 교수는 “이번 연구는 제올라이트 금속 담지 촉매의 확장성을 크게 넓힌 결과물”이라며 “다양한 환경 촉매 반응에 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.

주성남 기자 news@smartfn.co.kr