경상국립대학교(GNU) 자연과학대학 화학과 김주영 교수와 캐나다 워털루대 화학과 안나 클린코바(Anna Klinkova) 교수 연구팀이 합금 나노촉매의 격자 변형이 요소 전기분해 선택성에 미치는 영향에 관한 논문을 발표했다.

연구 결과는 세계적 권위를 자랑하는 나노 과학 분야 국제 저널인 '나노스케일(Nanoscale)'에 게재됐다. 논문 제목은 '조절 가능한 쉘 두께를 갖는 Pd-Ni 코어-쉘 나노입방체의 인장 변형이 요소 전기분해 선택성에 미치는 영향'(The effect of tensile strain in Pd-Ni core-shell nanocubes with tuneable shell thickness on urea electrolysis selectivity)'이다.

디젤 엔진의 첨가제인 요소는 다양한 산업 분야에 유용한 화학물질이지만, 폐수 속 요소는 암모니아를 형성해 수중 생태계를 파괴하는 악영향을 끼친다. 이에 효율적인 요소 처리 공정 개발이 필수적이며, '전기분해법'은 친환경적인 요소 처리 방법으로 부각되고 있다.

하지만 현재까지 요소 전기분해 반응의 메커니즘을 규명한 사례가 미미하며, 이에 대한 연구와 기술 개발이 시급하다.

김주영 교수와 클린코바 교수 국제 공동연구팀은 팔라듐 나노입자 표면을 수 나노미터 두께의 니켈 층으로 코팅하는 기법을 개발하고, 이를 통해 니켈 표면의 격자 변형 효과와 요소 전기분해의 선택성 간 상관관계를 규명했다.

연구 성과를 기반으로 나노촉매 조성 및 구조를 합리적으로 설계해 요소 전기분해 성능 개선에 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.

이 논문 제1저자인 석사 과정 김정언 씨는 '동남권 첨단소재산업 발전을 위한 글로벌 E4인력 육성사업'(산업통상자원부 주관, 단장 남상용)의 지원을 받아 캐나다 워털루대에 6개월간 방문하며 요소 전기분해 평가를 수행했다. 연구는 한국연구재단 신진연구, 기초연구실 및 4단계 두뇌한국21(BK21) 지원사업으로 수행했다.