백금-금 합금 촉매로 '친환경 산화제' 만든다

시뮬레이션을 통해 백금-금 합금 촉매 개발
수소와 산소만으로 상온·상압에서 과산화수소 생산

금-백금 나노입자 합성 모식도(왼쪽)와 촉매 성능 평가(오른쪽)

[아시아경제 황준호 기자] 수소와 산소를 반응시켜 과산화수소를 95%까지 뽑아낼 수 있는 기술이 개발됐다. 이 기술은 기존 촉매에 비해 과산화수소를 생산 수율이 높다는 점에서, 향후 반도체·펄프 산업·하수처리시설 등 과산화수소를 필요로 하는 시설에 활용될 것으로 예상된다.

한국과학기술연구원의 한상수·김동훈 계산과학연구센터 소속 박사, 물질구조제어연구센터의 이승용 박사, 고려대 이관영 교수 등으로 구성된 공동 연구팀은 과산화수소 생산의 효율성을 높일 수 있는 새로운 촉매를 11일 개발했다. 이번 연구 성과는 재료 과학 분야 국제 학술지(Acta Materialia)에 소개됐다.

연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 과산화수소 생산용 백금-금 합금 촉매를 만들었다. 이 촉매를 사용하면 기존에 사용되던 팔라듐 촉매보다 높은 수율로 과산화수소를 뽑아낼 수 있다. 기존 촉매의 경우 과산화수소 선택성이 30~40%에 불과했으나 이 촉매를 사용하면 95%까지 과산화수소 선택성이 올라간다. 한상수 박사는 "시행착오를 통해 연구해 나가는 분야인 촉매 소재 개발을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있었다"고 밝혔다.

과산화수소는 물에 희석하여 상처를 치료하는 소독제로 사용되기도 하고, 반도체의 불순물 제거, 폐수 처리제 등 친환경 산화제로 산업 전반에서 폭넓게 사용되고 있다. 하지만 생산 공정에서 독성 물질(안트라퀴논계)이 사용되고, 대규모의 설비가 필요해 제한된 장소에서만 생산할 수 있다는 문제가 있었다.

한 박사는 "개발된 기술은 장소의 제약 없는 친환경 과산화수소 생산 기술로, 팔라듐 촉매의 한계인 낮은 선택성을 극복해 상용화를 대폭 앞당겼다는 데에 의의가 있다"고 설명했다.

계산과학을 통해 입증된 금-백금 나노입자 촉매의 과산화수소 생산 메커니즘

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr