영남대 학부생, 태양광 기반 이산화탄소 메탄화 촉매 개발

학부생 주도 연구, 세계적 재료화학 저널 SCIE 논문 게재

CaO-BiVO4-rGO 삼중 복합체로 CO2 메탄화 효율 3.6배 향상

친환경·저비용 촉매 설계로 탄소 중립 기여

영남대 화학과 김근형 학생. [사진=영남대학교]
 

영남대학교 구성원들의 창의적인 연구 성과가 세계적으로 인정 받아 국제적인 학술지에 연이어 게재 되는 등의 쾌거가 이어지고 있다.

영남대학교는 본교 화학과 김근형 학생이 제1저자로 참여한 연구 논문이 세계적인 재료화학 학술지 Journal of Materials Chemistry A (IF 9.5)에 지난 3일 게재됐다고 24일 밝혔다.

논문 제목은 ‘Function-orchestrated CaO/BiVO4/rGO interfaces for efficient CO2 methanation via coupled charge separation and adsorptive activation’으로, 태양광을 이용해 이산화탄소(CO2)를 메탄(CH4)으로 바꾸는 친환경 촉매 시스템을 개발한 연구다.

영남대학교에 따르면 연구팀은 산화칼슘(CaO), 비스무트바나데이트(BiVO4), 그리고 환원그래핀산화물(rGO, reduced graphene oxide)을 결합한 복합 촉매를 자가조립(Self-assembly) 방식으로 제작했다. 이 촉매는 각 물질이 서로 역할을 나눠 효율적으로 작동하도록(Function-orchestrated) 설계됐다.

산화칼슘은 이산화탄소를 잘 붙잡는 역할을 하고, 비스무트바나데이트는 가시광선을 흡수해 반응을 일으키며, 환원그래핀산화물은 전자를 빠르게 이동 시켜 반응 속도를 높인다.

이 덕분에 전자와 정공이 재결합되는 비 효율이 줄어들어, 기존 BiVO4 촉매보다 메탄 생산 효율이 약 3.6배 향상됐다. 또한 여러 번의 반복 실험에서도 이 촉매는 높은 안정성을 유지했다.
 
특히 이번 연구는 이산화탄소가 포름산(formate)이나 메탄올을 거치지 않고, 바로 메탄으로 전환되는 새로운 반응 경로를 밝혀냈다는 점에서 주목받고 있다.

또한, 조개껍질에서 얻은 산화칼슘과 저비용 그래핀 소재(rGO)를 사용해 귀금속 없이도 높은 효율과 내구성을 확보함으로써, 환경친화적이면서도 경제적인 촉매 설계의 새로운 방향을 제시했다.
 
김근형 학생은 “학부생으로서 주도한 연구가 세계적인 저널에 실리게 되어 매우 뜻 깊다”며 “이번 성과가 태양광과 수소를 활용한 탄소 순환 기술로 발전하길 기대한다”고 말했다.
 
강미숙 화학과 교수는 “이번 연구는 태양에너지를 이용해 이산화탄소를 유용한 연료로 바꾸는 기술로, 탄소 중립 실현에 기여할 수 있는 중요한 발판이 될 것”이라고 평가했다.