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모델 촉매 시스템을 이용한 스필오버 현상 규명
- 새로운 메커니즘의 상업촉매 개발을 위한 원천기술 확보 -
1960년대 초 발견된 이래 오늘날까지도 학계에서 논란이 되고 있는 물리학적 현상이 KAIST 연구진에 의해 세계 최초로 규명됐다.
KAIST(총장 강성모) 생명화학공학과 최민기(34) 교수팀은 비결정질 알루미노실리케이트 내부에 백금이 선택적으로 위치한 모델 촉매 시스템을 개발해 ‘스필오버(spillover)’ 현상을 규명했다.
연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 25일자 온라인 판에 실렸다.
스필오버 현상은 백금과 같은 금속 표면에서 활성화된 수소원자가 촉매 표면으로 이동하는 현상이다.
이 현상을 이용하면 높은 활성과 안정성을 갖는 촉매를 설계하는데 이용될 수 있을 것이라고 믿어져 지난 50여년간 촉매 분야에서 활발히 연구됐다.
하지만 기존에 알려진 촉매들의 경우에는 노출된 금속 표면에서 여러 가지 다른 경로로 경쟁반응이 일어나기 때문에 스필오버의 존재 및 생성 메커니즘을 직접적으로 규명하는 것이 불가능했다.
연구팀이 개발한 촉매는 백금 나노입자가 수소 분자만 통과할 수 있는 알루미노실리케이트로 덮여있어 다른 경쟁 반응들이 일어나는 것을 원천 차단, 스필오버 현상을 효과적으로 연구하는데 이용할 수 있었다.
연구팀은 촉매에 대한 다양한 구조분석, 촉매 반응성 분석, 컴퓨터 모델링을 통해 알루미노실리케이트에 존재하는 브뢴스테드 산점이 스필오버에 결정적인 역할을 함을 밝혀냈다.
그동안 학계에서 50여년간 정립되지 않은 ‘스필오버’라는 현상을 최초로 규명했다는 점에서 학술적으로 큰 영향력을 발휘할 수 있을 것으로 기대된다.
이와 함께 이번 연구에서 제안된 스필오버에 기반한 수소화 촉매의 경우 높은 수소화·탈수소화 활성을 보임과 동시에 석유화학공정에서 일반적으로 원치 않는 부반응인 수소화 분해(hydrogenolysis) 반응을 확연하게 억제할 수 있다는 점에서 산업적으로도 그 잠재력이 매우 크다고 연구팀은 전했다.
최민기 교수는 “스필오버 현상만으로 반응이 진행되는 해당 촉매의 경우 촉매구조를 적절하게 설계하면 기존 금속촉매를 훨씬 능가하는 촉매를 구현할 수 있을 것”이라며 “향후 높은 활성 및 선택성을 가지는 꿈의 촉매를 만들 것”이라고 말했다.
SK이노베이션 오승훈 수석연구위원은 “촉매계의 오랜 논쟁거리였던 스필오버 현상을 이론과 실험을 통해 규명하고 이에 대한 이해를 높였다는 점이 이번 연구의 가장 큰 성과”라며 “SK이노베이션에서는 이번 연구를 통해 확보한 기술을 바탕으로 새로운 상업촉매 개발 연구를 계속할 것”이라고 말했다.
SK이노베이션(대표 구자영)과 미래창조과학부의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 KAIST 최민기 교수 지도아래 임주환 연구원, 신혜영 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며 EEWS 대학원 김형준 교수가 컴퓨터 모델링을 수행했다.
2014.02.26 조회수 16720 -
사우디 아람코-KAIST CO2 공동연구센터 출범
- CO2 배출량 줄이기 위해 양 기관이 6년간 6천만 달러 연구비 지원 -
지구온난화 문제해결을 위해 KAIST에 국내 최대 규모의 CO2 연구센터가 설립됐다.
우리 학교는 세계 최대 석유회사인 사우디 아람코(총재 칼리드 에이 알-팔레, Khalid A. Al-Falih)와 함께 대전 본원 KI빌딩 5층에 ‘사우디 아람코-카이스트 CO2 공동연구센터’를 설립하고 20일 오전 11시 개소식을 가졌다.
석유와 가스 매장량 규모에서 각각 세계 1위와 4위를 차지하고 있는 전 세계 최대의 산유국인 사우디아라비아의 국영석유회사인 아람코가 자국이 아닌 해외에 CO2 관련 연구센터를 직접 설립하고 연구에 대한 자율권을 보장하며 연구비까지 지원하는 것은 극히 이례적인 일로 받아 들여 지고 있다.
사우디 아람코는 그동안 외부 연구과제에 대해서는 연구주제를 직접 정해 미국과 프랑스 등 2개국 연구기관들과만 제휴를 통해 위탁형태로 발주해서 진행, 관리해왔기 때문이다.
지난 1월 7일 사우디 아람코 본사에서 양측이 양해각서(MOU)를 체결 한 후 약 한 달 반 만에 전격적으로 문을 연 CO2 공동연구센터는 아람코와 KAIST 연구진들이 지구 온난화의 주범으로 꼽히는 CO2 배출량을 줄이기 위한 혁신기술 개발을 위한 공동 연구를 수행하게 된다.
학교 관계자는 ‘사우디 아람코-카이스트 CO2 공동연구센터’ 개소식을 20일 개최한 배경에 대해 “사우디 아람코측에서 알-팔레 총재와 각별한 사이인 서 총장이 KAIST 재임기간 중에 행사를 열고 싶다는 뜻을 강하게 전해왔기 때문”이라고 설명했다.
이날 개소식에 KAIST에서는 서남표 총장을 비롯, 이용훈 교학부총장, 주대준 대외부총장, 백경욱 연구부총장, 조동호 ICC부총장, 강정구 기획처장 등이, 사우디 아람코 측에서는 사미르 에이 추바옙(Samir A. Tubayyeb) 엔지니어링 서비스부문 부사장과 에쉬레프 알-가자위(Ashraf Al-Ghazzawi) R&D센터 연구소장 등이 내빈으로 참석했다.
이밖에 외빈으로는 민계식 前 현대중공업 회장과 유종하 前 외무부 장관, 나세르 알-마하세르(Nasser Al-Mahasher) 에스오일 대표, 이동우 롯데캐미칼 연구소장, 곽병성 SK이노베이션 글로벌 테크놀로지부문 사장, 김대유 STX 사장 등이 자리를 함께 했다.
이날 문을 연 ‘사우디 아람코-카이스트 CO2 공동연구센터’는 앞으로 CO2 포집은 물론 지구 온난화의 주범인 CO2 배출량을 획기적으로 줄이고 경제성 있는 물질로 전환하는 연구개발을 중점적으로 수행한다.
특히 KAIST와 사우디 아람코는 “각 기관이 보유하고 있는 기술을 상호 공유하는 한편 연구원 교류 및 공동연구, 주요 연구자원 공동 활용, 연구과제 수행 등 전 방위적인 협력을 하게 될 것”이라고 학교 관계자는 설명했다.
이를 위해 양 기관은 공동 연구센터에 각각 500만 달러씩 매년 1천만 달러를 매칭펀드 형식으로 투자하는데 첫 연구기간인 올부터 오는 2018년까지 6년간 모두 6,000만 달러 (한화 약 648억원) 규모의 연구비를 지원키로 했다.
이와 함께 KAIST와 사우디 아람코는 CO2 공동연구센터를 우선 KI빌딩에 설치해 운영하되 곧 양측 관계자들이 참여하는 ‘공동건물위원회’를 구성하고 KAIST 대전 본원 인근에 건평 기준 약 5,000평 규모의 전용 연구센터를 설립할 계획이다.
‘공동연구위원회’는 이밖에 연구방향은 물론 연구 주제와 연구과제 수 결정 등에 대해 완전한 자율권한을 가지고 이를 추진해 나갈 방침이다.
서남표 총장은 이날 축사를 통해 “CO2 공동연구센터 설립은 “사우디 아람코와 KAIST의 돈독한 유대관계를 보여주는 좋은 사례”이라며 의미를 부여했다.
백경욱 연구부총장은 “사우디 아람코와의 CO2 공동연구센터 설립은 KAIST가 인류 삶의 질을 향상시키기 위해 과학기술 분야에서 해결해야 할 난제 중 우선적으로 CO2 문제해결을 위해 노력하는 첫 걸음”이라며 “KAIST는 과학기술계가 풀어야 할 난제에 하나씩 지속적으로 도전해 나갈 것”이라고 강조했다.
2013.02.20 조회수 17189