고려대 연구진, 탄소중립 실현할 '이산화탄소 환원 반응' 메커니즘 규명

백서인 교수 연구팀, 국제 학술지 '화학 공학 저널' 게재

전기화학적 CO₂ 환원 반응에서의 구리 단원자 촉매 재구성 원인 밝혀

[서울=뉴시스] 고려대 KU-KIST 융합대학원 백서인(왼쪽) 교수(교신저자), 정현동 석박통합과정(제1저자). (사진=고려대 제공) 2026.04.06. [email protected] *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 고려대학교는 KU-KIST 융합대학원 백서인 교수 연구팀이 이산화탄소를 자원으로 활용하는 기술의 메커니즘을 규명했다고 6일 밝혔다.

'전기화학적 이산화탄소 환원 반응'은 대기 중 이산화탄소를 에틸렌, 에탄올 등 고부가가치 화합물로 전환해 탄소중립 실현을 가능케 하는 차세대 핵심 에너지 기술이다. 이때 쓰이는 촉매 중 구리 단원자는 반응 과정에서 구리 나노입자나 클러스터로 재구성되는 특성을 보이지만, 그 메커니즘에 대해서는 충분히 밝혀지지 않았다.

이를 규명하기 위해 연구진은 물 분자와 반응 중간체, 배위 환경 등을 통합적으로 고려한 분자동역학 시뮬레이션을 시행했다. 그 결과, 구리 단원자가 두 개의 질소-수소 배위 구조를 유지하면서 동시에 CO(일산화탄소) 중간체가 흡착될 때 구리 원자의 용출을 촉진한다는 점을 밝혀냈다.

용출된 구리 이온들은 전해질 내에서 자발적으로 응집해 클러스터를 형성한 뒤, 다시 단원자 자리에 재증착되며 입자로 성장했다. 이 과정을 통해 실제 반응을 주도하는 새로운 촉매 활성점을 형성했다.

연구진은 "이번 연구는 실제 반응 환경을 정밀하게 모사한 동역학 시뮬레이션을 통해 복잡한 촉매의 재구성 원인을 원자 수준에서 밝혀냈다는 데 의의가 있다"며 "구축된 분석 플랫폼은 향후 다양한 촉매의 동적 거동을 원자 수준에서 이해하고 예측하는 연구에 폭넓게 적용될 것"이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 산업통상자원부의 탄소중립 산업 핵심기술 개발사업과 한국연구재단의 나노소재기술개발사업, 고려대의 연구과제 지원 및 한국과학기술정보연구원의 슈퍼컴퓨팅 자원 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 국제 학술지 '화학 공학 저널(Chemical Engineering Journal)' 온라인에 게재됐다.


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