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[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김상욱 교수팀이 물리학과 김용현 교수의 이론연구팀과 공동연구를 통해 세계 최초로 단일 원자촉매(Single atom catalyst)를 개발한 연구성과를 국제학술지에 게재했다고 2일 밝혔다.
촉매는 소량의 첨가만으로 다양한 화학반응의 효율을 높이는 소재를 의미하며 그 중요성이 급속하게 커지고 있는 에너지, 환경, 바이오·헬스 분야에서 핵심적인 요소로서 큰 관심을 끌고 있다.
대표적인 예로 수소연료전지의 에너지 변환반응이나 환경친화적인 수소연료 생성반응 등에서 백금이나 희토류 등 값비싼 촉매를 대체하기 위한 연구가 전 세계 신소재 연구의 화두가 되고 있다.
그러나 최근 단일 원소 촉매 개발은 촉매의 활용 범위와 효율을 모두 증대시킬 수 있는 신소재로 각광 받고 있지만 원자 단위의 크기로 인한 매우 큰 표면 에너지로 인해 입자나 클러스터로 뭉치기 쉽다.
이를 위해 최적화된 지지체를 적용해야 안정하고 균일한 활성 원자가 분포된 단일 원소 촉매가 실현 가능하며 이러한 우수한 지지체 중 하나로 꿈의 소재인 그래핀이 활발히 활용되고 있다.
이번 국제학술지 총설에는 김상욱·김용현 교수팀이 연구한 그래핀을 지지체로 활용하는 단일 원소 촉매의 합성, 구조, 그리고 응용 등까지 전 세계적인 최신 연구 동향들에 대한 정리를 기반으로 단일 원자 촉매 기반 실용적인 연구개발 시사점 등이 포함돼 있다.
한편 탄소나노튜브 표면에서 단일 원자 구조의 개발을 통해 다양한 촉매로의 가능성을 세계 최초로 보고한 김상욱 교수는 단일 원자 촉매 실용화를 위한 나노제어 및 화학적 개질의 개념을 세계 최초로 정립한 개척자로 인정받고 있다.
김상욱 교수는 “이번에 출판된 총설에는 그래핀과 같은 나노소재에 금속원소를 도핑하는 방식에서 시작된 단일 원자 촉매의 제조부터 구조와 물성, 응용 등까지 망라한 최신 연구 동향들이 잘 정리돼 있다ˮ고 말했다.
카이스트 김인호 박사가 1저자, 경희대학교 임준원 교수가 공동교신저자로 참여한 이번 총설은 국제 학술지 어카운트 오브 메터리얼 리서치(Accounts of Material Research)에 5월 게재됐다.
이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 원천기술개발사업의 지원으로 수행됐다.
