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아주대 이준우 교수 공동 연구팀이 이산화탄소 전환 기술의 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있는 새로운 촉매를 개발하는 데 성공했다. 이에 앞으로 친환경 고부가가치 화합물 생산을 비롯한 친환경 에너지 전환 기술 분야 발전에 기여할 수 있을 전망이다. 이준우 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과 / 사진)는 미국 예일대와 캐나다 토론토대가 함께 한 국제 공동 연구팀이 산성 환경에서 이산화탄소(CO2)의 전기화학적 환원을 통해 고부가가치 화합물 생산 효율을 크게 높일 수 있는 새로운 촉매를 개발했다고 밝혔다. 해당 내용은 ‘CO2 전기환원에서의 높은 탄소 전환 효율과 산성 안정성을 지닌 구리 입자 전구체(Acid-Stable Cu Cluster Precatalysts Enable High Energy and Carbon Efficiency in CO2 Electroreduction)’라는 제목으로 화학 분야 국제 저명 학술지인 <미국화학회지(Journal of the American Chemical Society, JACS)> 9월호에 게재됐다. 미국 예일대와 캐나다 토론토대 연구팀이 함께 참여했다. 아주대 연구팀은 구리 입자 전구체의 설계-합성 및 화학구조 분석을 수행했고, 예일대 연구팀은 X-ray를 통한 결정 구조 변화 분석을, 토론토대 연구팀은 합성된 전구체를 활용한 이산화탄소 환원 실험과 결합 에너지 계산을 맡았다.최근 기후 변화와 탄소 중립에 대한 전 지구적 관심이 높아지면서, 대표적 온실가스인 이산화탄소(CO2)를 화합물로 바꿀 수 있는 전기화학적 전환 기술이 주목받고 있다. 친환경 기술을 통해 온실가스를 줄이고 유용한 물질도 생산할 수 있어, 탄소 저감과 에너지 전환이라는 두 가지 목표를 함께 달성할 수 있는 잠재력을 가지고 있는 것.현재 이산화탄소(CO2)의 전기화학적 전환은 전극에 전류를 가해 이산화탄소를 분해하고, 이를 고부가가치 화합물로 전환하는 방식으로 이루어진다. 이 과정에는 주로 구리 기반의 촉매가 사용되며, 이산화탄소를 에틸렌 같은 C2+ 물질로 변환하는 데 주력하고 있다. 변환된 화합물은 포장재, 가전제품, 의료용품, 건축자재 등 다양한 제품에 활용되거나 에틸렌 글리콜, 스티렌, 폴리염화비닐(PVC) 등 기초 소재로 쓰인다. 하지만 촉매의 낮은 내구성, 특히 산성 환경에서 구리 촉매의 불안정성으로 인해 장시간 높은 효율을 유지할 수 없다는 것이 한계로 지적되어왔다. 또 저밀도의 이산화탄소 전환 활성 부위로 원하는 C2+ 물질의 선택성이 충분히 높지 않다는 점이 문제로 남아있다. 전환 과정에서 반응하는 촉매의 전환 활성 부위가 상대적으로 적어, 이산화탄소 전환 시 목표로 하는 에틸렌 같은 C₂+ 물질 대신 다양한 부산물이 함께 생성되기 때문이다. 때문에 원하는 물질의 선택성이 높지 않고, 대규모 공정에 적용할 경우 경제성 확보가 어려워 상업화의 큰 걸림돌로 작용해왔다. 이에 아주대 국제 공동 연구팀은 산성 환경에서도 안정적인 촉매를 개발하기 위해 노력해왔다. 연구팀이 개발한 촉매는 산성 조건에서 구리 이온이 빠져나가면서 C2+ 활성 부위가 비활성화, 성능 저하를 불러왔던 기존의 문제점을 해결해냈다. 공동 연구팀이 개발한 구리 입자 전구체는 산성 조건에서도 부반응 없이 이산화탄소 전환 반응이 이루어지는 동안 활성화, 미세 구리 나노 입자로 변환되며 이 과정에서 고밀도의 이산화탄소 전환 활성을 효과적으로 유지해냈다. 연구팀이 개발한 구리 입자 전구체(Cu-mono)로 파생된 나노입자촉매는 100mA/cm²의 전류 밀도에서 57%의 에틸렌 전류 효율을 기록했으며, 이는 기존 산성 이산화탄소 환원 시스템 대비 에너지 효율을 약 1.4배 향상시킨 결과다. 연구팀은 개발 과정에서 구리 입자 전구체의 유기 치환체 결합이 변환된 구리 나노 입자의 이산화탄소 전환 활성 부위를 보호하고, 성능을 유지 시키는 중요한 역할을 한다는 사실도 확인했다. 논문의 주저자인 이준우 아주대 교수는 “이번 연구는 산성 환경에서 이산화탄소 전환 반응을 효율적으로 촉진할 수 있는 새로운 촉매를 개발해 냈다는 점에서 큰 의의가 있다”며 “특히, 낮은 전류에서도 높은 선택성과 에너지 효율을 달성함으로써, 이산화탄소 전기환원 기술의 상업화를 위한 기술적 한계 극복에 중요한 진전이 될 것”이라고 밝혔다. 이준우 교수는 “탄소 배출을 줄이면서 고부가가치 화학물질을 생산할 수 있는 기술로 발전되어, 석유화학산업 전반에서 탄소 중립 실현과 부가가치 창출에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”라고 덧붙였다. 이번 연구는 한국연구재단 세종과학펠로우십과 아주대학교 교내 연구비 지원을 받아 수행됐다.리간드 가지 수에 따른 구리 나노 입자 형성 모식도. 리간드 가지 수를 다르게 하여 구리 클러스터 전구체를 설계 및 합성하고, 그중 단일 리간드 전구체는 미세 구리 나노 입자 형성을 유도하여 이산화탄소 전환 반응 중 고밀도의 구리 활성 부위를 유지했다.
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- 작성자이솔
- 작성일2024-11-05
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- 작성자이솔
- 작성일2024-11-05
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- 작성자이솔
- 작성일2024-11-04
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우리 학교가 첨단 바이오 분야의 해외 유망 연구자와 함께 하는 ‘아주 바이오 세미나’를 이어가고 있다. 이번 학기에는 박기남 미국 퍼듀대 석좌교수와 이춘근 미국 브라운대 교수가 연사로 나섰다.‘아주 바이오 세미나(Ajou Bio Seminar. ajou innovations, ABS. ai)’의 세 번째와 네 번째 강연은 지난 9월25일과 10월29일 개최됐다. 우리 학교 최기주 총장, 관련 분야 연구자와 학생들이 함께 자리했다. 9월25일 진행된 세미나에는 약물 전달과 약물 방출 조절(controlled release) 기술 분야의 세계적 전문가인 박기남 교수가 강연자로 나섰다. 박기남 교수는 지난 1986년부터 현재까지 미국 퍼듀대 약학대학 교수로 재직하며, 2006년부터는 퍼듀대 공과대학 의생명공학과( Biomedical Engineering) 석좌교수를 겸임하고 있다. 박 교수는 고분자 약물 전달체를 이용해 환자가 치료제를 투여받는 횟수를 획기적으로 줄이고 치료 약물에 의한 부작용을 최소화할 수 있는 새로운 형태의 서방형 약물 전달체 기술을 개발했다. 그는 해당 연구와 관련한 다수의 우수 논문을 발표하고 학회에서 여러 학술상을 수상했다. 박 교수는 퍼듀대에 부임한 이래 거의 40년간 활발하게 연구와 교육을 병행해왔고, 20여 년 전 벤처회사를 설립해 연구자로서의 이상적인 모델을 보여 주고 있다. 박 교수는 강연 이후 아주대 구성원들과 퍼듀대 교수들 간의 여러 공동연구를 제안하고, 아주대-퍼듀대 학생들의 구체적인 교류 방안도 제시했다. 10월29일 열린 세미나의 연사로는 미국 브라운대 의대의 이춘근 교수(제일 위 사진)가 초대됐다. 이춘근 교수는 지난 2014년부터 브라운대 의대의 기초의학과 교수로 재직하고 있다. 이 교수는 심장과 관련된 연구를 통해 천식, 폐 섬유화증, 다양한 만성 폐질환의 원인과 치료법에 관한 연구를 진행해왔다. 최근에는 다양한 심장 질환을 유발하는 특이단백질의 생성과 체내에서의 기능 및 경로를 추적, 체내 세포와 조직의 수준에서 유발되는 생물학적 거동과 관련된 물질을 규명한 바 있다. 이춘근 교수는 다양한 전문가와의 협력을 통해 연구 성과가 치료제 개발로 이어지는 과정을 제시, 의사 과학자가 연구와 교육만이 아니라 치료제 개발에도 힘씀으로써 기초의학의 발전에 크게 기여할 수 있음을 보여줬다. 이번 ’아주 바이오 세미나 ai'는 아주브레인추진사업단이 주관하여 첨단바이오융합대학, 4단계 BK21켐바이오메디신 교육연구단, 미래소재디스커버리사업단이 공동 주최했다. 미국 브라운대 의대의 이춘근 교수(왼쪽에서 네번째)와 최기주 아주대 총장을 비롯한 교수진미국 퍼듀대 박기남 교수가 강연하는 모습미국 퍼듀대 박기남 교수의 강연을 듣고 있는 아주대 연구자들
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- 작성자이솔
- 작성일2024-11-04
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- 작성자손예영
- 작성일2024-11-01
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- 작성자이솔
- 작성일2024-11-01
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- 작성자이솔
- 작성일2024-10-30
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- 작성자이솔
- 작성일2024-10-30
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- 작성자이솔
- 작성일2024-10-28
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3473
- 작성자정우준
- 작성일2024-10-25
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- 작성자이솔
- 작성일2024-10-18
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3469
- 작성자손예영
- 작성일2024-10-16
- 716
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