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KAIST·IBS, 뜨거운 전자 이용 온실가스 저감 원리 규명

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차세대 하이브리드 촉매 개발 활용

[대전=뉴스핌] 김태진 기자 = 국내 연구진이 핫전자(뜨거운 전자)를 이용해 온실가스 저감 원리를 규명했다.

KAIST는 화학과 박정영 교수(IBS 나노물질 및 화학반응 연구단 부연구단장)와 신소재공학과 정연식 교수, 생명화학공학과 정유성 교수 공동연구팀이 금속-산화물 계면에서의 촉매 화학 반응 과정에 대한 메커니즘을 직접 밝히고 핫전자가 촉매 선택도를 향상시키는 데 결정적인 요소임을 실시간 핫전자 검출을 통해 입증했다고 8일 밝혔다.

이로써 차세대 고성능 촉매 설계에 활용할 수 있는 반응성 향상 원리의 기틀을 마련했다.

백금 나노선을 타이타니아에 증착시켜 제작한 핫전자 촉매소자와 이를 이용한 온실가스 저감원리의 모식도[사진=카이스트] 2021.01.07 memory4444444@newspim.com

현재 에너지 사용량 절감과 친환경 화학 공정 개발이라는 글로벌 도전 과제를 해결하기 위해 새로운 고효율 촉매 소재 개발은 필수적이다. 친환경 화학을 위한 불균일 촉매의 궁극적인 목표는 원하는 생성물에 대해 높은 선택성을 가진 재료를 설계하는 것이다.

많은 화학 촉매 반응 중 알코올의 선택적 산화는 에너지 변환 및 화학 합성에서 중요한 변환 과정이며 특히 메탄올의 부분 산화를 통해 생성되는 메틸 포르메이트는 포름알데히드 및 포름산과 같은 귀중한 화학 물질의 화학연료로 사용되는 고부가 가치 생성물이다.

지구온난화 문제의 핵심인 이산화탄소의 저감과 고부가 가치 화학연료 생성의 향상을 위해서는 열역학적인 장벽을 뛰어넘어 높은 선택도를 가지는 우수한 성능의 촉매 개발이 필요하다.

개발한 핫전자 촉매소자에서 백금 나노와이어의 선폭(금속-산화물 계면의 농도)에 따른 촉매 선택도 및 핫전자 검출 효율 변화[사진=카이스트] 2021.01.07 memory4444444@newspim.com

연구팀은 이를 해결하기 위해 백금 나노선을 티타늄 산화물에 접합시켜 '금속 나노선-산화물 계면'이 정밀하게 제어되는 신개념의 촉매를 개발했다.

더불어 금속 나노선-산화물 계면 기반의 '핫전자 촉매소자'를 활용해 실시간으로 핫전자의 이동을 관찰, 금속-산화물 계면이 형성되면 메틸 포르메이트의 생성효율이 향상되는 동시에 이산화탄소의 생성이 현저히 감소하는 점을 관찰했다.

이 높은 선택도는 촉매 표면에 형성된 계면에서의 증폭된 핫전자의 생성과 연관이 있음을 규명했다.

연구팀은 계면에서의 증가된 촉매 성능을 실험뿐 아니라 이론적으로도 입증했다.

금속 나노선-산화물 계면에서의 증폭된 촉매 선택도가 계면에서의 완전히 다른 촉매 반응 메커니즘에서 기인하는 것임을 양자역학 모델링 계산 결과 비교를 통해 증명했다.

왼쪽부터 공동교신저자 박정영, 정연식, 정유성 교수 [사진=카이스트] 2021.01.07 rai@newspim.com

연구를 주도한 박정영 교수는 "핫전자와 금속 나노선-산화물 계면을 이용해 온실가스인 이산화탄소의 생성을 줄이고 고부가 가치 화학연료의 생성을 증대시킬 수 있다ˮ며 "촉매의 선택도를 핫전자와 금속-산화물 계면을 통해서 제어할 수 있다는 개념은 에너지 전환 및 차세대 촉매 개발에 이용될 수 있고 지구온난화의 주원인인 온실가스의 저감 등의 응용성을 가질 거라고 예상된다ˮ고 말했다.

나노선과 산화물의 접합 연구를 주도한 신소재공학과 정연식 교수는 "기존의 촉매 소자 시스템에서는 기술적으로 어려웠던 금속-산화물 계면에서의 핫전자 검출을 아주 정밀한 나노선 프린팅 기술로 인해 가능하게 만든 연구"라며 "이 기술은 향후 다양한 차세대 하이브리드 촉매 개발에 활용할 수 있을 것으로 기대된다ˮ고 했다.

이론적인 계산으로 계면과 촉매 선택도 간 관계 입증을 주도한 생명화학공학과 정유성 교수는 "촉매 화학 반응에서의 선택도를 높이기 위해 금속-산화물 계면이 중요한 역할을 할 수 있음을 실험적 관찰과 이론적인 양자 계산을 통해 증명한 연구"라며, "불균일 촉매를 이용한 화학 공정 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다ˮ 고 강조했다.

KAIST 화학과 이시우 박사가 제1 저자로 참여하고 기초과학연구원(IBS) 및 한국연구재단의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 종합 과학분야의 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 지난 4일 실렸다.

memory4444444@newspim.com

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'마이 케이팝 스타' 예선 영상 공개 [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 종합뉴스통신사 뉴스핌이 주최·주관하는 글로벌 오디션 프로그램 '마이 케이팝 스타(MY KPOP STAR)'의 예선 진출자 10팀의 영상이 24일 공개됐다. 이번에 공개된 국내 참가자는 개똥(류진), 마틴(MARTI:N), 박희주, 차밍(Mingi Cha), 김승주(캐치)이며, 해외 참가자는 제이엑스알(JXR, 태국), 앨리스(Alice, 러시아), 하린(Harin, 독일), 젤리캣(JELLYCAT, 미얀마), 케이시야 탄(Keisya Tan, 인도네시아) 등이다. [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 마이 케이팝 스타 예선 진출자들의 모습 2026.06.23 taeyi427@newspim.com 이번 예선에서는 다양한 국적을 가진 지원자들의 개성 있는 모습을 만나볼 수 있다. 우선 국내 참가자인 개똥(류진)은 감미로운 목소리로 마로니에의 '칵테일 사랑'을 가창했으며, 마틴(MARTI:N)은 숀의 '웨이 백 홈(Way Back Home)'을 선보였다. 박희주는 에일리의 '첫눈처럼 너에게 가겠다'와 베이비몬스터의 '위 고업(WE GO UP)'을 통해 반전 매력을 보여준다. 차밍은 지코의 '터프쿠키(Tough Cookie)'를, 김승주(캐치)는 캔트비블루(Can't be blue)의 '첫 눈에 널 사랑할 수는 없었을까'와 롱샷(LNGSHOT)의 '문워킨(moonwalkin')'을 부르며 폭발적인 가창력을 뽐냈다. 해외 참가자들의 활약도 돋보인다. 제이엑스알(JXR)은 언차일드의 '언차일드(UNCHILD)'를 파워풀한 댄스와 함께 선보이며 탄탄한 가창력을 증명했다. [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 마이 케이팝 스타 예선 진출자들의 모습 2026.06.23 taeyi427@newspim.com 앨리스는 베이비몬스터의 '드림(Dream)'을, 하린은 제니의 '라이크 제니(like JENNIE)'를, 젤리캣은 블랙핑크의 '핑크 베놈(Pink Venom)'을 본인만의 스타일로 재해석했다. 케이시야 탄 역시 전소미의 '덤덤(DUMB DUMB)'으로 눈도장을 찍을 예정이다. 화려한 경력을 자랑하는 참가자들도 눈에 띈다. 개똥(류진)은 JTBC '싱어게인2' 27호 가수 출연, Mnet '포커스' 출연, TBS '박스가왕 왕중왕전' 최종 우승 등 화려한 방송 이력을 가진 지원자다. 박희주 역시 영종청소년가요제(장려상), 광주시민가요제(대상), 용인명품가요제(장려상), 전국호수예술제(우수상) 등 여러 가요제를 휩쓴 인재다. 차밍(Mingi Cha) 또한 대구 끼페스티벌에서 12팀 중 3위를 차지했을 정도로 뛰어난 실력을 갖추고 있다. [서울=뉴스핌] 정태이 기자 = 마이 케이팝 스타 예선 진출자들의 모습 2026.06.23 taeyi427@newspim.com 이번 대회는 온라인 예선을 시작으로 온라인 라이브 본선, 오프라인 결선 순으로 진행된다. 최종 우승자 1명에게는 1억 원의 상금이 주어지며, 국내 참가자 중 2~10위에게는 각 200만 원의 상금이 수여된다. 해외 참가자에게는 결선 진출 시 왕복 항공권과 숙박비 등 체류 비용 전액을 지원하는 파격적인 혜택이 제공된다. 이 밖에도 글로벌 쇼케이스 및 공연 참여 기회, 언론 홍보와 인터뷰, 국내 엔터테인먼트사의 현장 캐스팅 등 다채로운 특전이 마련됐다. 아울러 전문 보컬·댄스 트레이닝 프로그램과 K팝 안무를 활용한 숏폼 콘텐츠 제작 지원 등 참가자들의 성장을 도울 다양한 프로그램도 운영될 예정이다. '마이 케이팝 스타' 예선 진출자들의 영상은 4주에 걸쳐 매일 10팀씩 순차적으로 업로드된다. 진출자들은 앞으로 2주간 영상의 '조회수'와 '좋아요' 수를 기반으로 한 평가를 받게 되며, 이를 통해 본선 진출 여부가 판가름 난다. taeyi427@newspim.com 2026-06-24 11:00
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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.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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