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이준우 교수 공동 연구팀, 이산화탄소 전환 효율 향상 新촉매 개발

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.

아주뉴스

김흥식 전 공공정책대학원 원장, 수원시정연구원 이사장 선임

김흥식 전 공공정책대학원 원장이 경기 수원시정연구원 제3대 이사장으로 선임됐다. 임기는 오는 2027년 9월 말까지다. 김흥식 신임 이사장은 미국 노스웨스턴대학에서 박사학위를 받고, 한국지방행정연구원 책임연구원을 거쳐 1995년부터 아주대 행정학과 교수로 강단에 섰다. 행정학 전문가로서 그는 아주대 수원발전연구센터 센터장, 국제협력센터 센터장, 공공정책대학원 원장을 지냈고 2024년 2월 정년퇴임했다. 김 신임 이사장은 우리 학교 행정학과 교수로 일하며 지역 공공기관과의 교류와 협력에 적극 나서왔다. 김흥식 신임 이사장은 수원미래발전의 청사진을 마련한 ▲수원시 2095 기획단 간사와 ▲수원월드컵유치위원회 위원 ▲수원시 좋은시정위원회 수석 부위원장 ▲수원시 더큰수원기획단 단장 등을 역임했다. 김흥식 이사장은 "수원 대전환 등 수원 미래발전을 위해 그 어느 때보다 연구원의 역할이 중요하다"며 "시정 파트너로서 수원특례시 위상에 걸맞은 연구 활동에 어려움이 없도록 적극 지원하겠다"라고 말했다. 수원시정연구원은 지난 2013년 설립된 정책 연구원으로, 수원특례시의 현안과 미래를 조사하고 연구해 정책 의사결정을 지원하고 있다.

아주뉴스

세상 떠난 딸의 뜻 기려··· 10주년 '김수정 장학' 장학금 전달식

제19회 ‘김수정 장학’ 장학증서 수여식이 지난 1일 열렸다. 총 1500만원의 장학금이 선발된 장학생 10명에게 주어졌다. '김수정 장학'은 아주대 졸업생인 김중권(전자73) 동문 부부가 지난 2014년 10월 림프암으로 세상을 떠난 딸 김수정 양의 뜻을 기리기 위해 시작한 장학이다. 김중권 동문 부부는 지난 2015년 3억원을 아주대에 기부약정했다. '김수정 장학'을 통해 2015년부터 지난 10년 동안 매 학기 10명의 학생이 150만원 상당의 장학금을 지원받아 왔다. 그동안 총 190명의 김수정 장학생이 배출됐고, 총 2억8500만원 규모의 장학금이 지원됐다. 1일 오후 우리 학교 율곡관에서 열린 제19회 장학증서 수여식에는 김중권(전자 73)·서호영 부부와 장학생들, 그리고 최기주 총장을 비롯한 각 학과 학장·학과장들과 교직원들이 함께 자리했다. 최중원 총동문회장을 비롯한 총동문회 관계자들도 함께 했다. 이날 행사는 김중권 기부자의 장학증서 수여에 이어 ▲감사의 글 낭독(장학생 대표) ▲기부자 격려사 ▲총장 축사 ▲총동문회장 축사로 진행됐다. 본 행사 이후 기부자와 장학생들이 함께 하는 식사 자리도 마련됐다. 2024학년도 2학기 ‘김수정 장학’ 장학생으로 선발된 학생들은 김태현(물리 3)·노유진(문화콘텐츠 3) 학생을 비롯한 10인이다. 올해로 10년째를 맞이한 ‘김수정 장학’의 뜻을 기려 총동문회에서는 장학생들과 기부자들의 모습을 담은 기념액자를 전달했다. 김중권(전자 73)·서호영 부부는 지난 2014년 10월 림프암 투병 끝에 스물아홉의 나이로 세상을 떠난 외동딸 김수정 양의 뜻을 기려, 2015년 4월 아주대에 3억원 기부를 약정했다. ‘아프고 어려운 이웃을 돕고 싶다’라는 생전 딸의 바람을 실현하기 위해서였다. 이날 행사에서 김중권 기부자는 “소박하게 시작했던 첫 장학증서 전달식이 기억난다”며 “지금은 많이 발전했고, 앞으로는 더욱 발전할 것으로 기대한다”라고 전했다. 서호영 기부자는 “딸의 이름 ‘김수정’이 이렇게 오래 불리울 수 있게 되어 행복하다”며 “웃음이야말로 돈으로 살 수 없는 귀중한 것인데, 우리 장학생 여러분이 웃음을 잃지 않고 일상의 행복을 느낄 수 있는 사람이 되었으면 한다”라고 말했다. 장학증서 수여식에 참석한 김중권·서호영 기부자 '김수정 장학' 10주년의 뜻을 기려 감사의 마음을 전한 최중원 총동문회장과 기부자 내외