KIST, 화학무기 독성제거하는 고활성 제독촉매 개발

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(a) 가격 경쟁력을 가지면서, 쉽고 간단한 방법으로 촉매활성을 극대화시킨 MOF
나노-촉매소재의 고용량 제조방법 개발을 통하여 본 소재의 실증화 가능성 규명
(b) 양자화학계산법을 기반으로 반응 에너지의 계산을 통하여 촉매 반응 메커니즘 규명 및 해석
(c) 기존과 달리 고성능의 촉매성능을 지속할 수 있는 제독 시스
<(a) 가격 경쟁력을 가지면서, 쉽고 간단한 방법으로 촉매활성을 극대화시킨 MOF 나노-촉매소재의 고용량 제조방법 개발을 통하여 본 소재의 실증화 가능성 규명 (b) 양자화학계산법을 기반으로 반응 에너지의 계산을 통하여 촉매 반응 메커니즘 규명 및 해석 (c) 기존과 달리 고성능의 촉매성능을 지속할 수 있는 제독 시스>

국내 연구진이 최고 수준의 화학 무기 제독촉매를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구센터 백경열 박사팀은 나노미터 수준 균일한 입자크기의 지르코늄(Zr) 기반 제독 촉매를 대량 합성하는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

연구진은 기존 제독방법인 흡착의 한계를 넘은 직접 독성제거가 가능한 촉매 소재를 개발했다. 연구진은 금속유기물 골격체(MOF, Metal-Organic Framework) 중 가격이 저렴하고 제조방법이 간단한 'UiO-66' 소재를 기반으로 약 100㎚ 입자 크기 MOF를 합성했다.

부피가 기존 촉매 대비 6분의 1 수준이다. 부피 대비 표면적이 넓어 기존 소재보다 100배 이상 높은 반응효율을 기록, 세계 최고 수준 제독 성능을 보였다.

KIST 연구진은 양자화학계산을 통해 기존 촉매소재가 일회성 사용에 그쳤던 원인도 규명했다. 고성능 촉매성능을 지속할 수 있는 제독 시스템 개발과 코팅소재, 보호의, 방독면 등 개발 가능성을 제시했다.

기존에 사용되는 수동적인 제독 방법인 흡착 기반 활성탄은 독성을 그대로 포함하고 있어 2차 오염이 불가피하다는 단점이 있다. 문제를 해결하기 위해 제독 소재로써 촉매 반응을 통해 화학무기를 분해하는 방법이 각광받고 있다.

이 가운데 지르코늄(Zr) 기반 MOF가 가장 많이 연구된다. 기존 방법은 촉매활성을 극대화시키기 위하여 유기물 연결체(리간드)를 설계, 합성하기 때문에 소재의 대용량 제조에 있어서 문제가 있다. 소재 자체의 제독 성능향상에만 중점을 두다보니 실제 보호의, 코팅, 방독면 적용 등 실증화가 미흡했다.

백경열 KIST 박사는 “기존 제독제와 함께 사용하면 화학무기 또는 고위험성 화학물질 제독 성능이 더 뛰어날 것”으로 기대했다.

연구는 과학기술정보통신부 지원으로 국가과학기술연구회(NST) 민군융합기술 연구사업으로 수행됐다. 연구결과는 촉매 분야의 국제 학술지(Applied Catalysis B: Environmental) 최신호에 온라인 게재됐다.

최호 산업정책부기자 snoop@etnews.com