성균관대 이효영 교수 연구팀, 지속 가능한 염소 생산을 위한 새로운 촉매 개발
- 바닷물로 염소를 효율적으로 생산할 수 있는 길 열려
- 국제학술지 Angewandte Chemie 연구 논문 게재

□ 성균관대학교(총장 유지범) 화학과/양자생명물리과학원 이효영 교수 연구팀(제1저자: 시아오동 샤오)이 기존보다 효율적이고 강력한 염소 발생을 위한 새로운 백금 이중 원자 촉매를 개발했다. 염소는 다양한 화학 공정에 필수적인 원료로, 이번 연구는 바닷물로 지속 가능한 염소 생산의 가능성을 열었다는 평가를 받는다.

□ 염소는 주로 염소-알칼리 전기 분해 과정을 통해 생산되며 이 과정에서 중요한 역할을 하는 촉매는 대개 귀금속 기반 산화 전극이다. 하지만 기존 촉매는 비용이 크고, 산소 발생 반응과 같은 불필요한 반응이 함께 일어나 효율이 떨어지는 문제가 있었다. 따라서 저비용, 고효율의 새로운 촉매 개발이 필수적이다.

□ 성균관대 이효영 교수 연구팀은 불소가 도핑된 탄소 나노튜브 위에 두 개의 백금 원자를 배치한 이중 원자 촉매를 개발했다. 이 촉매는 염소 분자를 생성하는 데 필요한 에너지 장벽을 낮추고, 염소 원자와의 결합 강도를 최적화하여 반응 효율을 높였다.

□ 새롭게 개발된 백금 이중 원자 촉매는 기존 상용 촉매뿐만 아니라 최신 연구에서 보고된 다른 촉매들보다 뛰어난 염소 발생 성능을 보인다. 이 촉매는 저농도와 고농도 소금물 모두에서 거의 100%에 가까운 염소 발생 선택성을 나타내며, 상용화 가능성을 입증했다. 특히 막 기반 플로우 셀에서 낮은 과전압으로도 산업 전류 밀도에 도달해 실제 응용 가능성을 보여줬다.

□ 이번 연구를 이끈 이효영 교수는 “저비용·고효율의 안정적인 염소 생산 촉매를 개발함으로써, 탄소 배출 없이 바닷물을 전기 분해해 염소를 생산하는 기술 상용화 가능성을 제시했다”고 연구 의의를 밝혔다. 아울러 “이는 탄소중립 2050 목표 달성에 중요한 기여를 할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

□ 성균관대 이효영 교수의 이번 연구 결과는 재료 및 화학 분야의 권위있는 국제학술지 앙게반테 케미 인터내셔널 에디션(Angewandte Chemie Int. ed, IF 16.1)에 7월 30일(온라인, 9월 21일 인쇄본) 게재되었다.

※ 논문제목: Coordination Environment and Distance Optimization of Dual Single Atoms on Fluorine-Doped Carbon Nanotubes for Chlorine Evolution Reaction
※ 저널: Angewandte Chemie Int. ed. (IF: 16.1)
※ DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202406273

9월 24일 화요일자 보도자료 - 첨부파일 참조