경상국립대(GNU) 자연과학대학 화학과 최명룡 교수(광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터장) 연구팀이 레이저를 활용한 고효율 촉매 합성 기술을 통해 에너지 및 환경 문제 해결에 기여할 수 있는 혁신적인 연구 성과를 발표했다.

최 교수팀이 발표한 두 편의 논문은 우수한 성과를 인정받아 세계적인 학술지 '스몰 스트럭처스(Small Structures)'(IF: 13.9)와 '저널 오브 피지컬 케미스트리 C(Journal of Physical Chemistry C)'(IF: 3.3)의 표지 논문으로 선정됐다.

왼쪽부터 '스몰 스트럭처스' 표지 논문, 탈신 베질다예바 박사과정, 띠따기리 자야라만 박사, '저널 오브 피지컬 케미스트리 C' 표지 논문, 박주현 박사과정, 문철주 박사, 최명룡 교수. 경상국립대

'스몰 스트럭처스'에 소개된 연구는 질산염(Nitrite)의 전기화학적 환원을 통해 암모니아를 합성하는 혁신적 촉매를 개발한 연구이다. 이 연구는 독성이 강한 질산염을 중성 전해질에서 암모니아로 전환하는 친환경적인 방법을 제시하며, 특히 금속과 금속 유래 물질을 결합한 듀얼 촉매를 통해 효율성과 선택성을 극대화했다.

연구진은 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir)이 코팅된 인산 코발트(Co3(PO4)2) 촉매를 개발했으며, 이리듐을 사용한 촉매가 약 100%의 파라다익 효율과 질산염 제거율 78.1%라는 탁월한 성능을 보였다. 이 촉매는 낮은 전위에서도 뛰어난 암모니아 생산 효율을 보여주었으며, 밀도 범함수 이론(DFT)을 통해 이리듐이 반응 에너지를 감소시키는 활성 부위임을 밝혀냈다.

'저널 오브 피지컬 케미스트리 C'에 게재된 논문은 수소 생성 반응(HER)을 촉진하기 위한 산소 결핍 흑색 이산화티타늄(BTO) 기반 촉매를 개발한 연구다.

이 연구는 펄스 레이저를 이용해 산소 결핍을 유도한 흑색 이산화티타늄을 합성하고, 이를 백금(Pt) 나노클러스터로 장식하여 뛰어난 전기화학적 성능을 구현했다. 특히, 산소 결핍은 이산화티타늄의 전자 상태를 변화시켜 전도성을 크게 향상시켰고, 백금과의 시너지를 통해 수소 생성 효율을 크게 높였다.

두 논문은 모두 레이저 기반 합성법을 통해 고성능 촉매를 개발했다는 점에서 주목받고 있다. 각각 암모니아 합성과 수소 생산이라는 서로 다른 응용 분야에서 높은 효율을 보여주며, 친환경 에너지 솔루션을 제시하는 중요한 연구 성과로 평가받고 있다. 이 연구는 향후 대규모 암모니아 생산 공정과 수소 경제 활성화에 중요한 기여를 할 것으로 기대되며, 친환경 에너지 전환을 위한 연구 개발의 새로운 가능성을 제시하고 있다.

이 연구는 한국연구재단(NRF)과 교육부에서 주관하는 기초과학 연구역량 강화사업의 ‘광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터’의 지원으로 수행했다.

더경남뉴스 정창현 기자 gaia008@naver.com 정창현 기자의 기사 더보기

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