플라즈마-촉매 융합 반응 과정에서 발생하는 촉매의 활성저하 현상과 이에 따른 화학 반응기구의 변화 양상을 국내 연구진이 최초로 규명했다.

미래창조과학부 산하 한국기계연구원(원장 임용택)은 극한기계연구본부 플라즈마연구실 이대훈 박사(사진)팀은 플라즈마-촉매 융합 반응 과정에서 촉매의 변화에 따른 반응기구의 변화 양상을 규명해 플라즈마-촉매 융합 반응 연구의 새로운 방법론을 제시했다.

플라즈마-촉매 융합 반응은 특정물질을 선택적으로 생성하는데 필요한 촉매반응과 플라즈마 방법의 장점만을 활용한 기술이다. 촉매반응은 물질을 다량 생산할 수 있지만 높은 온도를 필요로 하고 플라즈마 공정은 생산량이 적으나 상온에서 반응이 가능하다.

이대훈 박사팀과 조선대학교가 공동으로 진행한 본 연구에서 기존 플라즈마 단독 혹은 촉매 단독 반응과는 다른 반응 경로가 발생하며 이 반응 경로가 촉매의 상태에 따라 변화된다는 것을 밝혔다.

Cu/ZnO/γ-Al2O3 촉매를 이용한 메탄올 분해반응 시, 플라즈마-촉매 융합 반응에서는 촉매반응에서 나타나지 않는 활성저하가 일어나며, 이것이 반응 경로를 변화시킨다는 점을 알아냈다. 또 이 변화는 촉매반응에서는 생성되지 않는 탄화수소종의 생성에도 영향을 준다는 점을 밝혔다.

최근 셰일가스 생산 증가로 메탄 기반 화학산업으로 변화하는 추세에서 이번 연구는 플라즈마-촉매 융합 반응에서 메탄올의 분해 시 발생하는 촉매의 활성 저하 현상이 반응기구에 어떤 영향을 주는지를 최초로 규명한 것이다.

논문 제1저자인 이대훈 박사는 “플라즈마-촉매 융합 반응을 통해 촉매 기반의 기존 화학공정들 중 공정비용과 반응 조건 등 한계가 있는 특정 화학반응들의 난제를 해결해 줄 수 있는 기술로 반응 제어 및 최적 촉매 선정이 가능해 질 것”이라며, “이번에 밝혀진 새로운 반응기구로 플라즈마-촉매 융합 반응 특성을 더 잘 이해하게 돼, 앞으로 이를 적용한 메탄 기반 화학산업에 기여할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 최근 플라즈마 분야의 가장 권위 있는 저널인 ‘플라즈마 프로세스 폴리머(Plasma Processes and Polymers)’2014년 5월호 표지논문으로 선정됐다.