경상국립대학교 화학과 최명룡 교수 연구팀이 질산염을 친환경적으로 자원화하고 동시에 전기를 생산할 수 있는 혁신적인 촉매 시스템을 개발했다.
환경·에너지 촉매 분야의 세계적 권위 학술지인 어플라이드 카탈리시스 B: 환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environmental and Energy)에 게재된 이 시스템은 아연–질산염 배터리를 기반으로 질산염(NO₂⁻)을 선택적으로 암모니아(NH₃)로 환원하는 고엔트로피 합금(High Entropy Alloy, HEA) 촉매 기술을 구현한 것이 특징이다.
연구팀은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 구리(Cu) 등 5가지 금속으로 구성된 프러시안 블루 유사체(PBA)를 전구체로 활용해 고엔트로피 산화물(HEO)을 합성한 후, 펄스 레이저 조사로 고엔트로피 합금 나노입자를 제조하는 공정을 개발했다. 이 촉매는 질산염 환원 반응(NO₂RR)에 적용돼 높은 전환 효율과 선택성을 보였으며, 아연–질산염 배터리에서도 작동 가능성을 확인해 전력 생산과 암모니아 생산이 동시에 가능한 차세대 에너지 기술로 평가된다.
이번 연구는 금속 조성에 따른 반응 경로 전환, 즉 ‘엔트로피 스위칭(Entropy Switching)’ 개념을 도입한 점이 핵심이다. 특정 금속의 조합을 통해 반응 중간체 경로를 제어함으로써 암모니아 생산 선택성을 극대화할 수 있음을 증명한 것이다.
이번 연구는 한국연구재단 및 교육부의 기초과학 연구역량 강화사업의 지원을 받아 수행됐다. 주요 지원 사업은 ▲광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터 ▲극저온 엑스선 흡수 분광기 기반 광화학 소재 개발 인프라 고도화 ▲영남권 소재 연구 네트워크 활성화 사업 등이다.
