아주대 연구팀, 친환경 고부가가치 화합물 제조 시스템 개발

[이뉴스투데이 김국진 기자] 아주대학교(총장 최기주)는 4일 박은덕 교수(화학공학과·대학원 에너지시스템학과) 연구팀이 태양광을 활용해 고부가가치 화합물을 제조할 수 있는 시스템을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구는 ‘2상 전해질에서 브롬 발생을 통한 고 선택성 탠덤 광전기화학적 탄소-수소 결합 활성화(Highly Selective Tandem Photoelectrochemical C–H Activation via Bromine Evolution Reaction in Two-Phase Electrolyte)’라는 논문으로, <저널 오브 더 아메리칸 케미칼 소사이어티(Journal of the American Chemical Society)> 2월호에 게재됐다. 또한 박은덕 교수가 교신저자로, 채상윤 아주대 박사후 연구원(대학원 에너지시스템학과·차세대에너지과학연구소)과 아딜 메흐무드(Adeel Mehmood) 대학원 에너지시스템학과 박사과정생이 제1저자로 참여했다. 

아주대 연구팀은 할로겐 원소와 반응물을 별도의 전해질로 분리하는 방법을 고안했으며, 이를 통해 부반응을 차단하면서, 많은 양의 화합물을 생성시킬 수 있었다. 

또한 유독한 할로겐(Halogen) 가스를 직접 사용하지 않고, 친환경적인 브롬화 이온 브롬화 이온으로부터 태양광을 이용해 반응에 필요한 브롬가스를 실시간으로 공급했다. 이에 연구팀은 태양광-브롬 생산을 위해 산화루테늄이 도포된 질화탄탈럼(Ta3N5) 반도체 광양극을 개발했고, 해당 광양극은 수계전해질 조건에서 경쟁 반응인 산소 발생이 전혀 없이 브롬만을 선택적으로 생산함을 발견했다. 

생성된 브롬은 태양광에 의해 브롬 라디칼로 전환돼 여러 유기물의 탄소-수소 결합을 효과적으로 활성화하고, 고부가가치 화합물을 생성했다. 더불어 연구팀은 또한 인화인듐 광음극과 질화탄탈럼 광양극을 동시에 이용, 추가적인 에너지 공급이 없이 오직 태양광만으로 브롬을 생산하고 탄화수소의 탄소-수소 결합을 선택적으로 활성화해 고부가 화합물을 제조하는 친환경 시스템을 개발했다. 

박은덕 교수는 “유독한 할로겐 가스의 사용을 피하고 태양광을 활용해 환경친화적인 방식으로 여러 유기물의 탄소-수소 결합을 활성화, 부가가치가 높은 화합물을 생성하는 기술”이라며 “그와 동시에 청정에너지인 수소를 함께 생산하는 시스템이라는 점에서 중요한 의미를 가진다”고 말했다.

이어 “태양광을 이용해 할로겐을 시스템 내에서 자체 생산함으로써, 환경과 인체에 미치는 부정적 영향을 최소화하고 에너지 저감에 기여할 수 있을 것”이라고 말하며 “할로겐 원소와 반응물을 분리 반응시킴으로써 부산물 생성을 차단하고 더 효율적인 화학반응을 가능하게 할 수 있어 고부가가치 화합물의 친환경적 생산에 새로운 길을 제시할 것으로 기대한다”고 덧붙였다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 C1 가스 리파이너리 사업과 기초연구지원사업의 지원으로 수행됐다.