계산화학 통해 자동차 배기가스 제거 촉매 찾아내
저온에서 효과적으로 대기오염물질 제거해
포스텍은 화학공학과 한정우 교수·박사과정 김형준 씨 팀이 저온에서 배기가스를 효과적으로 줄일 수 있는 고효율 촉매를 개발하는 데 성공했다고 28일 밝혔다.
이 연구 결과는 이론팀과 실험팀을 동시에 운영해 설계부터 제작, 검증까지 같이 진행한 연구 케이스이다.
그동안 국내에서는 계산화학과 실험연구가 한 연구실에서 체계적으로 진행된 경우가 드물었다. 보통은 각각의 연구실에서 이론연구와 실험연구를 따로 진행하고 융합 연구를 통해 공동 연구를 하는 방식이 대부분이었다.
하지만 포스텍 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션으로 이론 화학의 문제를 다루는 계산화학을 통해 도펀트(dopant) 조합을 합리적으로 도출해 냈고 같은 연구실의 실험 연구진에게 이를 제시해 고효율 촉매를 설계하기 위한 시간과 비용을 획기적으로 감소했다.
먼저 계산화학적 기법을 사용해 구리(Cu)와 구리·은(Cu·Ag)이 각각 단일 및 이중 도핑 조합 중에서 가장 우수한 후보인 것을 확인한뒤, 이것을 세륨 산화물 격자에 도핑되도록 나노 입자를 합성해 순수한 세슘 산화물과 다른 전이 금속에 도핑된 세슘 산화물보다 더 높은 촉매 활성을 나타내는 것을 실험적으로 증명하는 방식으로 투트랙(Two Track)으로 진행했다.
이 연구결과는 촉매 과학 분야 세계적 권위지인 켐캣켐(ChemCatChem) 표지 및 VIP 논문으로 선정돼 최근 게재됐다.
한정우 교수는 “자동차 배기가스를 줄이기 위한 촉매를 이론과 실험적 방법을 통해 체계적으로 설계할 수 있었다”며 “이런 방법을 더욱 발전시키면 비싼 귀금속 촉매 대신 저렴한 금속을 이용한 고효율 촉매의 상용화도 앞당길 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
포인트경제 김유정 기자