[한국기술뉴스] 성균관대학교(총장 신동렬) 화학과 이효영 교수 연구팀(제1저자 리우양)이 염기성 조건에서 전기화학적으로 질소와 물로부터 높은 선택성을 갖는 암모니아 생산 전기전극 촉매, 황화철구리 (FeCuSx)를 개발했다.

암모니아는 연소 시 수소와 질소만을 발생하고 이산화탄소를 배출하지 않기 때문에 머지않은 미래에 사용될 친환경 에너지원으로 주목받고 있다. 또한 암모니아로부터 이산화탄소 발생이 없는 그린 수소 생산에 대한 기대 수요 증가로 질소와 물로부터 암모니아를 생산하기 위한 전기화학적 질소환원반응에 대해 학계의 관심이 쏠리고 있다. 하지만 질소환원반응을 통한 수소 생산 대비 암모니아의 생산 선택성은 20% 미만으로 상용화에 필요한 수준보다 훨씬 낮았다.

이에 이효영 교수 연구팀은 물해리로부터 양성자 생산 속도가 낮은 염기성 조건과 자연계에 존재하는 철-질소화효소 시스템을 고려하여 질소 흡착이 우수한 황화철전이금속(Fe (Co, Ni, Cu, Zn)Sx)을 선정하였다. 이들 중 황화철구리 촉매가 가장 우수한 암모니아 생산 선택성을 보여주었다. 또한 연구팀은 양성자 생산 속도를 낮추어 촉매표면에 상대적으로 질소 흡착이 높아져 암모니아 생산 선택성을 향상시켰다.

이효영 교수는 “수소 생산에 있어서 운반하기 쉬운 암모니아 생산을 통해 그린 수소 생산 경제에 한 걸음 더 다가가기 위한 연구를 진행 중”이라며 “인류가 직면한 이산화탄소 중립 과제를 극복할 것으로 기대를 모으고 있다”고 연구 소감을 밝혔다.

이번 연구는 세계적으로 권위 있는 화학 분야 국제학술지 앙게반트케미(Angewandte Chemie International Edition, Impact Factor 16.82)에 10월 26일 온라인 게재되었다.