은 나노와이어 전극, CO₂ 전환 300시간 유지

한양대 공과대학 에너지공학과 김영훈 교수 연구팀이 이산화탄소(CO₂)를 산업 원료인 일산화탄소(CO)로 바꾸는 고성능 은 나노와이어 촉매 전극을 개발했다. 전기화학적 공정으로 촉매를 대면적 제조했으며, 100㎠ 크기의 전극에서도 균일한 구조와 이산화탄소 전환 성능을 확인했다.

연구팀은 은 박막을 대기 중에서 아이오딘화수소(HI) 증기로 처리한 뒤 전기화학적으로 환원했다. 계면활성제나 유기 리간드를 쓰지 않는 단순한 방식으로 메조다공성 전극을 구현했다. 지름 약 40나노미터인 1차원 은 나노와이어가 서로 얽혀 다공성 네트워크를 이루며, 기체와 전해질의 이동을 돕고 촉매 활성점을 충분히 제공한다.

이 전극은 400mA/㎠의 높은 전류 밀도에서 일산화탄소 생산 선택도 99%를 유지했고, 300시간 이상 안정적으로 작동했다. 기존 은 나노촉매는 복잡한 합성과 정제 과정이 필요하고 산업 수준의 전류 밀도에서 장시간 성능을 유지하기 어려웠다. 성능이 균일한 전극을 넓은 면적으로 만드는 데에도 제약이 있었지만, 이번 공정은 이들 한계를 함께 개선했다.

전기화학적 이산화탄소 전환은 재생에너지로 이산화탄소를 유용한 화학물질로 바꾸는 탄소중립 기술이다. 생성물인 일산화탄소는 합성연료와 메탄올 등 화학제품의 원료이며, 수소와 함께 피셔-트롭시 공정에도 활용된다. 과학기술정보통신부 나노·소재기술개발사업과 우수신진연구사업이 연구를 지원했다. 이진규 석·박사통합과정생이 제1저자, 김 교수가 교신저자로 참여한 논문은 국제학술지 ‘스몰’에 8일 온라인 게재될 예정이다.