경상국립대학교는 질산염을 선택적으로 암모니아로 환원하면서 동시에 전기를 생산하는 고엔트로피 합금 촉매 시스템을 개발했다고 21일 밝혔다.

최명룡 자연과학대학 화학과 교수 연구팀이 개발한 이 기술은 환경·에너지 촉매 분야 국제 학술지인 '어플라이드 카탈리시스 B(Applied Catalysis B: Environment and Energy)'(IF:21.1)에 연구 결과가 발표됐다.

연구팀은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 구리(Cu) 등 5원소를 조합한 프러시안 블루 유사체(PBA)를 전구체로 활용했다. 이를 합성한 후 열처리를 통해 고엔트로피 산화물(HEO)을 제작하고, 펄스 레이저를 조사해 고엔트로피 합금(HEA) 나노입자를 형성하는 새로운 공정을 개발했다.

제작된 HEA 촉매는 질산염을 암모니아로 환원하는 전기화학 반응(NO2RR)에서 높은 선택성과 전환 효율을 나타냈다. Zn-NO2 배터리 시스템에서도 작동 가능성이 확인돼 암모니아 생산과 전기 생성을 동시에 구현하는 에너지 전환 기술로 평가받고 있다.

연구의 핵심 원리는 '엔트로피 스위칭' 개념이다. 금속 조성 변화에 따라 반응 경로가 전환되며 특정 금속 조합에서 질산염 환원 중간체의 반응 경로가 바뀌어 암모니아 생산 선택성이 크게 개선됐다. 이를 통해 조성 설계만으로 촉매 성능을 정밀 제어할 수 있는 고엔트로피 기반 전략을 제시했다.

연구진은 "귀금속 없이도 다양한 금속 간 상호 작용을 정밀하게 조절해 전환 반응을 유도한 사례"라며 "질산염이라는 환경 유해 물질을 에너지 자원으로 활용할 수 있는 전기화학 시스템의 실현 가능성을 보여준 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단(NRF)과 교육부 주관 기초과학 연구역량 강화사업인 '광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터', '인프라 고도화: 실시간 극저온 엑스선 흡수 분광기 구축을 통한 우주극한환경 대응 광화학 소재 개발', '거점: 영남권 실시간 극저온 XAS 기반 우주 극한소재 연구 네트워크 활성화' 사업의 지원으로 수행됐다.