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| ▲ 경상국립대 화학과 최명룡 교수 연구팀이 개발한 촉매가 커버 논문으로 실린 국제학술지 ‘Advanced Materialss’ 표지와 최명룡 교수 연구팀(사진 왼쪽부터 석·박사통합과정 이성보 씨, 띠따기리 자야라만 박사, 최명룡 교수) |
[뉴스다컴] 경상국립대학교는 자연과학대학 화학과 최명룡 교수 연구팀이 폐PET(폐페트병)에서 나오는 에틸렌글리콜(EG)을 전압만 조절하면 글리콜레이트(glycolate) 또는 포메이트(formate) 중 원하는 물질로 선택해 생산할 수 있는 니켈-몰리브덴(NiMo) 이중원자 촉매를 개발했다고 밝혔다.
페트병을 비롯한 폐PET는 국내외에서 배출량이 많은 대표적 플라스틱 폐기물로, 이를 단순 소각·매립하는 대신 산업적으로 쓸 수 있는 화학물질로 바꾸는 자원순환 기술이 꾸준히 요구돼 왔다. 특히 하나의 폐기물에서 서로 다른 화학물질을 얻으려면 통상 촉매의 조성 자체를 바꿔야 했는데, 연구팀은 촉매를 그대로 두고 전압만 조절하는 방식으로 이 문제에 접근했다.
이를 위해 이산화탄소(CO2) 레이저 공정을 활용해 팔라듐 나노시트(PdNS) 표면에 니켈(Ni)과 몰리브덴(Mo) 원자로 구성된 이중원자 활성점을 형성한 촉매('NiMo-DA/PdNS')를 만들었다. 이 촉매는 폐PET의 가수분해 과정에서 생기는 에틸렌글리콜의 전기화학적 산화 경로를 인가전압에 따라 바꿀 수 있도록 설계됐다. 그 결과 같은 촉매를 쓰면서도 반응 조건만 달리하면 글리콜레이트와 포메이트를 원하는 대로 선택 생산할 수 있게 됐다.
이어진 분석에서는 니켈과 몰리브덴 이중원자 활성점의 상호작용이 에틸렌글리콜의 C–H 및 C–C 결합 활성화 경로를 조절한다는 사실이 규명돼, 전압 조절만으로 생성물 선택성이 달라지는 원리가 밝혀졌다. 실제 폐PET 가수분해물을 이용한 장시간 전기화학 반응에서도 촉매의 전환 성능은 안정적으로 유지됐으며, PET의 주요 구성 원료인 테레프탈산(TPA)도 높은 수율로 함께 회수하는 데 성공했다. 이로써 폐PET를 유용한 화학물질로 전환하는 동시에 원료까지 회수·재활용할 수 있는 통합 자원순환 기술의 가능성이 제시됐다.
이번 연구는 교육부 기초과학연구역량강화사업의 지원으로 한국기초과학지원연구원(KBSI) 국가연구시설장비진흥센터(NFEC)의 지원을 받아 수행됐으며, 그 결과는 'NiMo Dual-Atom Dimers on Pd Nanosheets for Selective C─H and C─C Bond Cleavage of Ethylene Glycol From Waste Plastics]'이라는 제목으로 국제학술지 《Advanced Materials》(IF 29.1)에 Volume 38, Issue 46에 게재됐다. 이 논문은 학술적·시각적 우수성을 인정받아 해당 호의 표지 논문으로도 선정됐다.
최명룡 교수는 "이번 연구는 폐PET를 단순히 처리하는 데 그치지 않고, 반응 조건을 조절해 서로 다른 유용 화학물질과 원료로 전환·회수할 수 있는 자원순환 전략을 제시한 것"이라며 "특히 간단하고 신속한 CO2 레이저 공정을 통해 이중원자 촉매를 제조했다는 점에서 향후 폐플라스틱 업사이클링 촉매 기술의 확장에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.
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