[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 10년전 세계 최초로 단일 원자를 통한 최대 효율의 촉매를 실현한 국내 연구진의 기술이 국제사회에서 재조명됐다. 수소경제 시대를 맞이한 가운데 전세계적으로 백금, 희토류 등 촉매를 대체하는 연구가 활발해진 만큼 해당 기술에 대한 관심도 급부상했기 때문이다.

한국과학기술원(KAIST)은 김상욱 신소재공학과 교수 연구팀이 세계 최초로 단일 원자촉매(Single atom catalyst)를 개발한 성과가 미국화학회(American Chemical Society)에서 발간하는 신소재 분야의 가장 중요한 연구 동향을 소개하는 학술지 '어카운츠 오브 매터리얼 리서치(Accounts of Material Research)'에 특별 초청 리뷰 차원으로 지난 5월 21일자에 게재됐다고 1일 밝혔다.

어카운트 오브 메터리얼 리서치(Accounts of Material Research)에 초청된 논문의 표지 [자료=한국과학기술원] 2021.07.01 biggerthanseoul@newspim.com

이 연구결과는 김 교수 연구팀이 2010년 김용현 물리학과 교수의 이론연구팀과 공동연구를 통해 거둔 성과이기도 하다. 10여년 전 세계최초로 개발된 연구결과가 다시 권의있는 국제 학술지 표지 논문으로 게재되는 것 자체에 의미가 남다르다는 평가가 나온다.

일반적으로 촉매는 소량의 첨가만으로 다양한 화학반응의 효율을 높이는 소재를 말한다. 최근들어 에너지, 환경, 바이오·헬스 분야에서 촉매는 핵심적인 요소로 급부상하고 있다.

이 가운데 수소연료전지의 에너지 변환반응이나 환경친화적인 수소연료 생성반응 등에서 백금이나 희토류 등 값비싼 촉매를 대체하기 위한 연구가 전 세계 신소재 연구의 화두가 되는 상황이다. 촉매를 활용하더라도 비용을 낮추기 위해서는 최대 효율을 내는 게 중요한데, 김 교수 연구팀의 연구 결과가 상용화를 거치게 되면 촉매재의 효과를 높일 수 있다는 얘기다.

연구 결과가 얻어낸 사실은 단일 원자가 촉매가 될 경우, 같은 양의 촉매로 최대 효율을 낼 수 있다는 것. 연구팀은 탄소나노튜브를 화학저으로 성장시키는 과정에서 철(Fe) 원자가 사람의 혈액 속 헤모글로빈 구조와 유사한 단원자 혼성구조를 생성한다는 사실을 발견했다. 이를 통해 한 개의 원자에 기반한 새로운 연료 전지 촉매 방식을 제시할 수 있었다.

해당 촉매는 입자 응집을 통해 수명이 짧은 기존의 백금 촉매의 한계를 극복할 수 있는 새로운 촉매 형태로 주목 받게 됐다.

김상욱 교수는 "이번에 출판된 총설에는 그래핀과 같은 나노소재에 금속원소를 도핑하는 방식에서 시작된 단일 원자 촉매의 제조부터 구조와 물성, 응용까지 망라한 최신 연구 동향들이 잘 정리돼 있다ˮ며 "앞으로 해당 분야 연구에 심도 있는 통찰을 제시하길 희망할 뿐더러 향후 고효율 단일 원자 촉매 상용화의 시발점이 될 것"이라고 강조했다.

biggerthanseoul@newspim.com