[한국기술뉴스] 지스트 신소재공학부 최창혁 교수 연구팀은 KAIST 김형준 교수, 숙명여자대학교 김우열 교수 연구팀과 함께 미세먼지의 주요 원인인 일산화질소(NO)를 고부가가치 화합물인 하이드록실아민으로 전환하는 기술을 개발했다.

지구 대기의 78% 정도를 차지하는 매우 풍부한 원소인 질소는 육상, 해양, 대기를 순환하며 인류를 포함한 생태계의 생존에 매우 중요한 역할을 한다. 그러나 축산업, 농업, 운송업, 산업 및 에너지 부문에 대한 수요 증가는 막대한 양의 질소산화물을 유입시켰으며, 이로 인한 지구 내 질소 순환계의 심각한 불균형은 산성비, 토양 산성화, 수질 오염 등의 환경오염뿐만 아니라 최근 심각한 사회문제로 대두되고 있는 미세먼지의 근본적인 원인으로 지목되고 있다.

본 연구팀은 전기화학적 기술을 활용해 환경오염물질인 질소화합물을 감축시킴과 동시에 섬유 및 화학산업에서 널리 사용되는 고부가가치 화합물인 하이드록실아민을 생산하고자 했다. 이를 위해 일산화질소가 질소산화물 전환과정에서 생성물 종류를 결정하는 핵심 중간물질이라는 사실에 주목했으며, 반응의 경로를 제어하기 위해 철 단원자 촉매를 도입했다. 연구팀은 다양한 분광학 기초실험을 통해 산화된 단원자 철 이온이 일산화질소의 환원을 촉진함을 확인하였다. 더 나아가 전해질의 산성도 조절을 통해 하이드록실아민의 생산량 제어에 성공했다. 계산화학적 접근 및 적외선 분광분석을 활용해 반응 메커니즘 분석을 수행한 결과, 단원자 철 이온에 흡착된 일산화질소 주변 전기장의 세기에 따라 반응 경로가 변화한다는 사실을 밝혔다.

연구진은 이러한 연구결과를 바탕으로 추가적인 외부의 에너지 공급 없이 일산화질소로부터 안정적인 하이드록실아민 생산에 성공했으며 본 기술의 실용적 활용 가능성을 확인했다. 지스트 신소재공학부 최창혁 교수는 “이번 연구 성과는 미세먼지의 중요원인인 질소산화물의 저감과 동시에 섬유 생산의 원재료 확보뿐 아니라 그린수소 저장 등 1석 3조 이상의 활용이 가능하다”면서 “향후 배기가스 등 환경오염물질을 우리의 삶에 유용한 물질로 전환하는 친환경 시스템 확립이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)’에 3월 25일 게재됐다.