경상국립대학교 자연과학대학 화학과 최명룡 교수 연구팀이 환경오염의 주범인 **질산염(NO₃⁻)**을 친환경적으로 **암모니아(NH₃)**로 전환하면서 동시에 전기를 생산할 수 있는 차세대 **‘스마트 촉매’**를 개발했다.

■ 반응 중 ‘스스로 진화’하는 스마트 촉매

이번 연구 성과는 세계적 권위의 과학 저널 **《어드밴스드 펑셔널 머티리얼스》(IF 19)**와 **《스몰》(IF 12.1)**에 각각 게재되었으며, 두 논문 모두 표지논문으로 선정되며 연구의 혁신성을 인정받았다.

연구팀이 개발한 촉매는 기존 촉매처럼 단순히 반응만 돕는 것이 아니라, **반응 과정에서 스스로 구조를 변화시켜 성능을 향상시키는 ‘자기조정형(Adaptive) 촉매’**라는 점에서 주목받고 있다.

■ 은·구리 촉매, 반응 중 구조 변화로 효율 극대화

《어드밴스드 펑셔널 머티리얼스》에 발표된 첫 번째 논문에서는 은(Ag)-구리(Cu) 기반 산화물 촉매가 반응 도중 금속 상태로 전환되며 촉매 활성도가 대폭 증가하는 현상을 규명했다.

전기화학 반응이 진행되면서 촉매 내부에 전자 흐름이 원활한 계면 구조가 자연스럽게 형성됐고, 이를 통해 질산염을 암모니아로 환원하는 반응 효율이 획기적으로 향상됐다.
이 과정에서 전기 또한 동시에 생성되어, ‘암모니아 생산’과 ‘에너지 회수’가 결합된 친환경 시스템이 구현됐다.

■ 다금속 고엔트로피 산화물, 저비용·고효율 촉매 실현

《스몰》에 실린 두 번째 연구에서는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 망간(Mn) 등 다섯 가지 금속을 혼합한 고엔트로피 산화물 촉매를 새롭게 설계했다.

여기에 초단 레이저 처리를 통해 결정 구조를 미세 조정하는 기술을 적용, 암모니아 생성의 선택성과 반응 효율을 동시에 확보했다. 복잡한 공정이나 고가의 재료 없이도 고성능 촉매를 구현할 수 있는 점이 특징이다.

■ 환경과 에너지 문제를 함께 해결할 ‘미래형 촉매’

최명룡 교수는 “이번 연구는 작동 중 스스로 구조를 바꾸며 반응 효율을 극대화하는 똑똑한 촉매를 통해, 환경오염 저감과 에너지 생산을 동시에 달성할 수 있음을 보여줬다”며 “향후 수소 에너지 생산, 폐수 자원화 등 다양한 친환경 공정으로의 확장을 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 **한국연구재단(NRF)**과 교육부가 주관하는 ‘광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터 구축사업’ 및
‘인프라 고도화: 실시간 극저온 X선 흡수 분광기 구축을 통한 우주극한환경 대응 광화학 소재 개발 사업’의 지원으로 수행됐다.

에너지 위기와 환경 오염이 동시에 심화되는 시대, ‘스스로 생각하는 촉매’의 등장은 단순한 기술 혁신을 넘어 지속 가능한 미래 산업의 방향을 제시하는 신호탄으로 읽힌다.

[비즈데일리 장대성 기자]