POSTECH, 알코올을 청정휘발유로 만들 ‘꿈의 촉매’ 가능성 찾았다

홍석봉 교수팀, EU-12 제올라이트 구조 결정 통해 촉매 응용가능성 제시

홍석봉 교수, 배주나 박사과정

비석(沸石)으로도 불리는 제올라이트가 ‘꿈의 촉매’로 각광을 받기 시작한 것은 메탄올과 같은 알코올과 반응시키면 휘발유를 생산하는데 응용할 수 있다는 연구가 발표되면서부터다. 작은 구멍이 스펀지처럼 뚫려있는 이 돌은 그 작은 구멍의 기하학적 구조에 의해 촉매 반응의 속도나 생성물 분포가 달라지는 현상을 보여 다양한 촉매로 사용되고 있지만, 촉매효과를 강화할 수 있는 구멍의 크기나 형태를 자유자재로 만드는 연구는 아직까지 진행 중인 상태다.

POSTECH(포항공과대학교) 환경공학부 홍석봉 교수, 박사과정 배주나씨 연구팀은 화학 분야 세계최고의 권위를 지닌 안게반테 케미(Angewandte Chemie)지를 통해 30여년 간 구조가 알려지지 않은 EU-12 제올라이트의 구조 결정에 성공해낸 연구결과를 발표했다.

연구팀은 이와 함께 이 제올라이트의 촉매반응을 예측하는데 성공해 최적의 촉매로 알려진 MOR 구조의 제올라이트보다 에테인(ethane)을 10% 더 많이 선택해낸다는 사실을 발견했다.

영국 에든버러대 연구팀이 처음 발견해내 대학의 이름을 따 알려진 EU-12 제올라이트(Edinburgh University No.12)는 미세한 구멍(細孔)을 가진 제올라이트 중 높은 열적 안정성을 지닌 물질이지만, 발견된 지 30여년이 지난 지금까지도 그 구조를 정확하게 풀어내지 못했다.

홍 교수팀은 두 가지 종류의 무기양이온, 나트륨과 루비듐의 비율을 조절함으로써 새로운 방식으로 EU-12 제올라이트를 합성하고 포항가속기연구소의 X-선 회절 데이터분석을 이용해 구조 결정에 성공했다. 그 결과 이 제올라이트가 산소 원자 8개 고리로 이루어진 미세한 구멍(細孔)의 입구를 가지고 있으며, 이 구멍들 사이에서도 일정간격으로 꺾인 다른 구멍과 교차하는 독특한 구조를 가지고 있음을 밝혀냈다.

또, 연구팀은 이 제올라이트가 가진 독특한 구조적, 물리화학적 특성으로 메탄올이나 에탄올과 같은 작은 탄화수소의 전환반응에 응용할 수 있을 것으로 예측하고, 에탄올 저온 탈수 반응 실험을 수행했다. 그리고 지금까지 가장 높은 효율을 보인 것으로 보고된 MOR 구조의 제올라이트보다 이 EU-12 제올라이트가 에테인을 10% 더 많이 선택적으로 생성할 수 있다는 결과를 얻었다.

연구를 주도한 홍석봉 교수는 “이번 결과는 그간 베일에 가려져 있던 EU-12 제올라이트의 촉매로서의 응용 가능성을 제시한 선행연구로 중요한 의미를 갖는다”고 밝혔다. (끝)