상온·상압의 조건에서 장소의 제약 없이 과산화수소를 대량 생산할 수 있는 길이 열렸다. 한국과학기술연구원(KIST) 계산과학연구센터 한상수, 김동훈 박사, 물질구조제어연구센터 이승용 박사, 고려대 이관영 교수로 이뤄진 공동연구팀이 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 과산화수소 생산용 ‘백금-금 합금 촉매’를 개발했다고 12일 밝혔다.
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생산 과정 까다로운 과산화수소…필라듐 가격 상승에 산업현장 부담 가중━
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기존 30~40% 선택성 95%로 향상…생산 능력 저하 없는 구조적 안정성 확보━
연구진은 최적의 촉매 성능을 확보하기 위해 백금과 금의 전구체 양을 서로 달리하면서 다양한 조성에서 촉매 성능을 평가했다. 그 결과 금의 함량이 증가할수록 점점 더 높은 과산화수소 생산성을 보였다. 일반적으로 알려진 합금계에 금이 증가하면 불가피하게 촉매 활성이 감소할 수밖에 없던 한계를 극복한 사례이다.
연구진이 개발한 촉매를 활용하면 수소 가스와 산소 가스를 수용액에 주입하기만 하면 어디에서나 대형설비 없이도 과산화수소를 생산할 수 있다. 특히, 상온(10˚C), 상압(1기압) 조건에서도 최대 95%까지 과산화수소를 생성할 수 있다. 또 8시간 이상의 촉매 반응에도 백금-금 합금 형태가 잘 유지되면서 생산 능력에 저하도 없는 구조적 안정성을 확보했다.
한상수 박사는 “고공행진 가격을 보이는 팔라듐이 아닌 새로운 금-백금 합금의 대체를 통해 과산화수소 생산 단가를 낮출 수 있을 것”이라고 말했다. 또 “컴퓨터 시뮬레이션을 통해 시행착오를 줄임으로써 약 100여 년 동안 정체돼있던 해당 분야의 소재 개발 시간·비용을 획기적으로 줄였다는 데 큰 의의가 있다”며 “다른 소재 개발 연구 산업에도 모범사례가 될 것”이라고 덧붙였다.
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