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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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[히든스테이지] 즌·오아 첫 도전 [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = 종합뉴스통신사 뉴스핌과 감엔터테인먼트가 주최하고, 문화체육관광부·한국콘텐츠진흥원이 후원하는 싱어송라이터 경연 대회 '히든 스테이지'에 즌(zn)과 오아(OHAH)가 본선 무대를 펼친다. '히든 스테이지' 운영사무국은 매주 금요일 2팀씩 10주에 걸쳐 총 20팀의 영상을 순차적으로 공개한다. 31일 뉴스핌의 유튜브 채널 '뉴스핌TV'를 통해 즌은 '꼭 작별 인사인 것처럼'을, 오아는 '빛날 테니까'를 선보인다. [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = '히든 스테이지' 본선 진출자 즌(zn, 위)과 오아(OHAH, 아래). 2026.07.30 alice09@newspim.com 먼저 오아는 '히든 스테이지' 지원 동기에 대해 "어릴 때부터 음악을 통해 많은 용기와 긍정 에너지를 선물 받아왔다. 이제는 저 역시 누군가에게 그런 마음을 전하는 아티스트가 되고 싶다는 꿈을 가지고 음악을 하고 있다"라고 말했다. 이어 "'히든 스테이지'는 제 음악과 이야기를 더 많은 사람들에게 들려줄 수 있는 기회라고 느껴 지원하게 됐다"라고 밝혔다. 오아가 선보인 '빛날 테니까'는 현실의 차가움과 불확실성 속에서도 스스로를 믿고 나아가자는 메시지를 담고 있다. 그는 "빛을 잃은 것 같은 순간조차 결국 더 강하게 반짝이기 위한 과정임을 노래하며, 청춘의 불안과 희망을 동시에 담아낸 곡"이라고 설명했다. 또한 "이 곡은 제가 세상에 보내는 응원이자, 지금을 견디고 있는 모든 이들에게 건네는 약속"이라고 소개했다. [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = '히든 스테이지' 본선 진출자 오아. 2026.07.30 alice09@newspim.com 오아는 '히든 스테이지'를 통해 강렬한 포부를 던졌다. 그는 "열정과 꿈, 그리고 자유의 상징인 록페스티벌 무대에 섭외 0순위가 되는 것이 꿈"이라고 밝혔다. 또 "그리고 삶을 마무리하는 날까지 힘이 닿는 한 계속 무대에 서서 노래하고 싶다"라며 "제가 가진 긍정적인 에너지를 음악에 담아 더 많은 사람들에게 전하고, 제 노래를 듣는 순간만큼은 마음껏 웃고 행복할 수 있었으면 좋겠다"고 전했다. 즌은 이번 오디션을 통해 첫 도전에 나섰다. 즈은은 "대학 재학 내내 졸업 후 취업하는 것이 목표라고 말했다. 막상 졸업하고 나니, 앞으로 제 음악을 할 기회가 없을 수도 있단 생각에 슬퍼졌다"고 운을 뗐다. 이어 "그간 입밖으로 말해왔던 내 목표는 어쩌면 실패를 두려워하는 방어적인 마음에 말했던 진짜 제 목표가 아니라는 생각이 들었다"라며 "더 늦기 전에 도전해보고 싶어졌고, '히든 스테이지'는 제 첫 도전"이라고 강조했다. 즌은 본선에서 자작곡 '꼭 작별 인사인 것처럼'을 선곡했으며, 이 곡은 그의 첫 자작곡이기도 하다. [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = '히든 스테이지' 본선 진출자 즌. 2026.07.30 alice09@newspim.com 즌은 "이 곡을 쓸 당시 유독 사람이 어려웠던 20대 초반이었다. '사랑해'라는 말이 꼭 작별 인사라도 되는 듯 내가 사랑하는 사람들은 다 나를 떠나는 것 같았다. 이 곡은 혼자 남겨진 채 중얼거리는 혼잣말 같은 노래"라고 설명했다. 다채로운 장르를 선보이고 있는 '히든 스테이지'의 본선 진출 20팀은 여성 솔로 11명, 남성 솔로 5명, 남성 팀 2팀, 혼성 팀 2팀이다. 여성 참가자로는 보리, 김나라, 박희수, 혼즈, 변미리, 오아, 신직선, 도이주, 마린, 채수빈, 박지은 등 11명이 이름을 올렸다. 남성 개인 부문에서는 정상호(활동명 정점)·최혁준(심각한 개구리), 윤준, 윤태경, 정다운이 본선에 올랐다. 팀 부문에는 남성 팀 구구, 블낫블과 혼성 팀 김은찬밴드와 채비가 참가한다. 이 중 신직선은 제2회 본선 경험을 가진 재도전자이며, 혼성팀 채비 역시 제3회 본선 출신으로 주목받고 있다. '히든 스테이지'의 마지막 영상은 오는 8월 28일 업로드된다. 9월 10일부터 14일까지 심사위원단 2차 본선 심사가 진행되고, 9월 25일 결승 진출 톱10이 발표된다. 시상 규모는 총 1200만 원이다. 문화체육관광부 장관상인 대상(500만 원)을 비롯해 한국콘텐츠진흥원장상 최우수상(300만 원)·우수상(200만 원)·루키상(200만 원) 등이 수여된다. alice09@newspim.com 2026-07-31 06:00
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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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