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KAIST, 이산화탄소 환원 나노구조 촉매 개발...금 대체

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[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = KAIST 신소재공학과 전석우 교수와 오지훈 교수 연구팀이 이산화탄소의 전기화학 환원 반응 시 발생하는 물질이동의 한계를 극복해 값 비싼 금 촉매의 사용을 효과적으로 줄일 수 있는 3차원 나노구조 촉매를 개발했다.

연구팀은 두 가지 크기의 기공 네트워크를 지닌 계층 다공성 나노 구조를 이용해 이산화탄소에서 일산화탄소로의 전환율을 기존 나노 구조 촉매 대비 최대 3.96 배 높일 수 있는 촉매 디자인을 제시했다.

현가예 박사과정과 송준태 교수가 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '미국 국립과학원회보(PNAS)' 지난 4일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명: Hierarchically Porous Au Nanostructures with Interconnected Channels for Efficient Mass Transport in Electrocatalytic CO2 Reduction)

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 전석우 교수, 현가예 박사과정, 오지훈 교수. [사진=KAIST] 2020.03.10 swiss2pac@newspim.com

최근 이산화탄소의 배출과 화석 연료 고갈이 심화됨에 따라 이산화탄소를 재활용해 유용한 화합물로 전기 화학적 전환하는 연구가 주목받고 있다.

이산화탄소 환원 반응은 유사한 산화환원 전위를 갖는 수소 생산 반응과 경쟁적으로 일어나는 문제점이 있어, 원하는 화합물로 선택도를 높이고 활성 부위를 극대화해 높은 전환율을 얻기 위한 금속 나노 구조 촉매 개발이 활발히 진행 중이다.

이산화탄소에서 일산화탄소로의 전환 반응 촉매 중 금은 가장 우수한 성능을 보이지만 값이 매우 비싸 실제 적용을 위해서는 나노 구조를 형성하는 등의 방법을 통해 적은 양의 금을 활용하는 것이 이상적이다.

하지만 기존 연구에서 보고된 나노 구조는 복잡하게 엉킨 촉매 구조로 인해 수계 반응을 통해 생성되는 일산화탄소 기포가 반응 도중 쉽게 구조를 막아 활성 부위를 차단하고, 전해질을 통한 반응물의 이동도 어렵게 해 촉매의 생산성을 떨어뜨린다.

연구팀은 문제 해결을 위해 정렬된 3차원 나노 구조 제작에 효과적인 근접장 나노패터닝(PnP, Proximity-field nanopatterning)과 전기 도금 기술을 이용해, 약 10나노미터 크기의 나노 기공과 200~300나노미터 크기의 매크로 기공이 주기적으로 연결된 채널을 포함하는 3차원 계층 다공성 금 나노 구조를 대면적으로 제작했다.

그 결과, 계층 나노 구조 촉매는 나노 기공을 통해 높은 일산화탄소 생산 선택도를 달성함과 동시에 주기적으로 배열된 매크로 기공 채널을 통해 효율적인 물질이동을 유도함으로써, 높은 질량당 전환율을 달성해 값 비싼 금의 사용을 효과적으로 줄일 수 있는 해결 방안을 제시했다.

또한, 3차원 나노 구조 금 촉매의 기공 크기와 분포가 조절 된 서로 다른 세 가지 나노 구조 촉매를 통해 기공 네트워크와 반응물, 생성물의 확산에 미치는 영향을 구조적 관점에서 조사했다.

이 기술은 이산화탄소 환원 촉매 연구 뿐 아니라 유사 전기화학 분야에서 발생하는 물질이동 문제를 해결하고 효율적인 촉매활용을 위한 폭넓은 응용이 가능할 것으로 기대된다.

이번 연구는 한국연구재단 원천기술개발사업의 미래소재디스커버리 사업과 나노소재원천기술개발사업, 그리고 이공분야기초개발사업의 지원을 통해 수행됐다.

 

swiss2pac@newspim.com

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트럼프 "호르무즈 통행료 20% 징수" [워싱턴=뉴스핌] 박정우 특파원 = 도널드 트럼프 미국 대통령은 13일(현지시간) 이란 항구에 대한 미 해군의 봉쇄조치를 재개한다고 선언했다. 또 미국이 호르무즈 해협을 통과하는 선박들에 안전을 제공하는 비용으로 선적 화물의 20%를 부과할 것이라고 밝혔다. 트럼프 대통령은 이날 소셜미디어 트루스소셜을 통해 "호르무즈 해협은 열려 있을 것이며, 이란이 원하든 원하지 않든 유지될 것"이라며 "이란 봉쇄(THE IRANIAN BLOCKADE) 조치를 재개한다"고 밝혔다. 이어 이란과 관련 물류 수송을 제외한 "다른 모든 국가들은 해협을 공정하고 자유롭게 이용할 수 있다"고 덧붙였다. 트럼프 대통령은 그러면서 미국이 '호르무즈 해협의 수호자(THE GUARDIAN OF THE HORMUZ STRAIT)'가 될 거라며 안전 제공 비용을 청구할 것이라고 선언했다. 그는 미국이 "수호자로서, 그리고 공정함의 차원에서, 이 불안정한 세계 요충지에 안전과 보안을 제공하는 업무에 필요한 모든 비용에 대해 선적 화물의 20% 비율로 보상(비용 청구)을 받을 것"이라며 관련 절차가 즉시 시작된다고 덧붙였다. 트럼프 대통령의 이날 대 이란 봉쇄 재개와 호르무즈 안전 제공 비용 징수 선언은 이란이 미국의 호르무즈해협 개방 요구를 거부하고 폐쇄를 선언한 뒤 나왔다. 미군은 이란에 대한 추가 공격에 나서 방공망과 드론 전력 등을 타격했다. 이로써 이란과 휴전 합의로 종료됐던 이란 항구에 대한 미군의 해상 봉쇄가 3주 만에 재개됐다. 트럼프 대통령은 특히 호르무즈해협을 미국이 관리하고 그 대가를 받겠다는 입장을 밝히며 사실상 해협 통제권 확보 의지를 드러냈다는 평가다. 반면 이란 군은 어떠한 경우에도 미국이 해협 관리에 개입하는 것을 허용하지 않겠다고 반발하고 있어 양측의 충돌이 격화될 가능성이 커 보인다는 평가다. 월스트리트저널(WSJ)은 "양측의 대립은 해협 통제권을 둘러싼 대치 상태가 지속될 가능성을 예고한다"며 "글로벌 석유 시장에 추가적인 압박을 가할 위험이 있다"고 경고했다. 실제 호르무즈 해협을 둘러싼 미국과 이란 간 대치 격화 속에 이날 브렌트유 가격은 배럴당 79달러대까지 오르며 약 4% 상승한 것으로 집계됐다. 호르무즈 통행량 회복세도 이미 꺾이는 등 해상 물류 위축 움직임은 이미 현실화하고 있다는 지적이다. 선박 추적 데이터 업체 케플러(Kpler)는 지난 주말 호르무즈 해협을 통과한 것으로 확인된 선박 수가 전주 대비 절반 이상 감소한 19척에 불과했다고 밝혔다. 이는 미국과 이란 간 예비 평화 협정인 양해각서(MOU)가 체결되기 전과 비슷한 수준으로 케플러는 대부분의 선박이 이란이 승인한 항로나 비밀 경로를 이용했으며, 미국이 지원하는 오만 인근 통로를 통한 통행은 끊겼다고 전했다. WSJ은 미국이 트럼프 대통령이 공언한 대로 호르무즈 해협을 군사적으로 장악하려면 상당한 규모의 지상군 침공이나 위험한 해군 작전이 필요할 것으로 전망했다.  도널드 트럼프 미국 대통령의 트루스소셜 게시글. [사진=트루스소셜] dczoomin@newspim.com 2026-07-14 00:17
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
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