국내 연구진, 플라즈마-촉매 융합 반응 변화 최초 규명

[이데일리 김관용 기자] 플라즈마-촉매 융합 반응 과정에서 발생하는 촉매의 활성저하 양상과 이에 따른 화학 반응기구의 변화 양상을 최초로 규명한 우리나라 연구팀의 논문이 세계적 학술지 표지 논문으로 선정됐다.

촉매 활성저하 양상이란 촉매화학 반응에서 촉매 표면에 발생하는 화합물의 흡착 또는 촉매산화 등으로 인해 촉매의 활성와 성능이 저하되는 현상을 의미한다. 반응기구(reaction mechanism)는 화학 반응이 일어나는 단위 반응의 경로를 밝히는 것으로 반응 경로에 따라 반응 생성물이 변화 될 수 있다.

이대훈 박사. 한국기계연구원 사진제공.

미래창조과학부 산하 한국기계연구원 이대훈 박사팀은 플라즈마-촉매 융합 반응 과정에서 촉매의 변화에 따른 반응기구의 변화 양상을 규명해 플라즈마-촉매 융합 반응 연구의 새로운 방법론을 제시했다고 15일 밝혔다. 이번 연구는 플라즈마 분야의 가장 권위 있는 저널인 ‘플라즈마 프로세스 폴리머’의 2014년 5월호 표지논문으로 선정됐다.

대부분의 기존 화학공정은 원하는 물질을 선택적으로 반응 생성물로 만들어 내는 촉매 반응에 기반한다. 이때 촉매반응은 기본적으로 온도의 영향을 받는데, 고온을 필요로 하는 경우가 많다. 하지만 플라즈마 이용 화학공정은 특정 물질을 선택적으로 생성하는 정도는 촉매반응보다 약하지만 상온에서도 반응이 가능하다는 장점이 있다. 플라즈마-촉매 융합 반응 기술은 서로 상반된 장단점을 갖는 플라즈마와 촉매의 반응 특성을 융합해 각 방식의 장점만을 활용해 시너지를 얻는 기술이다.

이대훈 박사팀과 조선대학교가 공동으로 진행한 이번 연구에서 기존 플라즈마 단독 및 촉매 단독 반응과는 다른 반응 경로가 발생하며, 이 반응 경로가 촉매의 상태에 따라 변화된다는 것을 밝혔다.

Cu/ZnO/γ-Al2O3 촉매를 이용한 메탄올 분해반응 시 플라즈마-촉매 융합 반응에서는 촉매반응에서 나타나지 않는 활성저하가 일어나며, 이것이 반응 경로를 변화시킨다는 점을 알아낸 것이다. 또한 이 변화는 촉매반응에서는 생성되지 않는 탄화수소종의 생성에도 영향을 준다는 점을 밝혀냈다.

논문 제1저자인 이대훈 박사는 “이번에 밝혀진 새로운 반응기구로 플라즈마-촉매 융합 반응 특성을 더 잘 이해하게 됐다”며 “앞으로 이를 적용한 메탄 기반 화학산업에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.