한국과학기술연구원 청정에너지연구센터 촉매 및 나노재료 연구실

한국과학기술연구원 (Korea Institute of Science and Technology, KIST) 청정에너지연구센터 (Clean Energy Research Center) 촉매 및 나노재료 연구실(https://sites.google.com/site/kistcatal)에서는 다양한 화학촉매를 설계하고 제조하여 고부가 화학물질을 생산할 수 있는 촉매화학공정에 적용하는 연구를 진행하고 있다. C1 가스 리파이너리 사업을 통해 메탄의 산화 이량화 반응을 위한 신규 촉매 설계, 촉매 반응 경로 연구, 상업화가 가능한 촉매화학반응공정 개발 등을 진행하고 있다.

주요 연구내용 소개

메탄 산화이량화 촉매 설계

본 연구실에서는 다양한 촉매 구성 물질을 조사하고 최적의 촉매 제조 방법을 확인하여 고선택성 고활성의 메탄 산화이량화 촉매를 개발하고 있다. 다양한 첨가제와 구성 물질 치환을 통해 불균일 촉매 설계에서 반응 활성에 중요한 영향을 미칠 수 있는 촉매 재료의 화학적, 전기적 특성을 변형하여 최적의 촉매를 얻고자 하고 있다.

촉매 성형

개발된 촉매의 상용 공정 활용을 위해서는 얻어진 촉매 특성이 상용 공정을 위한 성형 촉매에서도 유사하게 얻어져야 한다. 본 연구실에서는 이를 위해 촉매 성형 연구를 수행하면서 최적화된 성형 방법과 성형 촉매의 특성을 활용한 촉매화학반응 공정의 최적화를 수행중이다.

DFT를 이용한 촉매 해석 및 신규 촉매 개발

촉매 설계 작업의 효율성을 높이기 위해, 본 연구실에서는 DFT (Density functional theory) 전문가인 KIST 연료전지연구센터의 함형철 박사님과 함께 메탄의 산화이량화 촉매의 화학적 특성을 DFT로 예측하고 실제 반응 결과와 비교하여 반응 경로를 해석하고 있다. 또한, 이러한 해석 결과를 토대로 더 효율적으로 고활성 고선택성의 신규 촉매를 개발하는 연구를 수행중이다.

반응 공정 최적화

개발된 촉매를 이용하여 메탄의 산화이량화 반응 공정을 상용화하기 위해서는 심각한 발열과 메탄의 반응기내 연소를 억제하는 반응 공정을 개발하여야 한다. 이를 위하여 메탄 산화이량화 반응의 공정 조건 최적화를 수행하고 이를 통한 공정 최적화 연구도 수행중이다.

연구실 현황

KIST 촉매 및 나노재료 연구실은 서동진 책임연구원, 하정명 책임연구원, 제정호 선임연구원, 최재욱 연구원, 윤영현 기술원, 박태진 연구전문위원, 양기석 기술원을 비롯하여 박사/석사과정 학생연구원, 단기 방문자 등 총 20명 이상의 연구원들로 구성되어 있다. 최근 5년 동안 총 66편의 SCI(E) 논문과 국내외 특허 출원 41건 및 등록 23건, 기술이전 2건 등의 우수한 연구 실적을 올리고 있다.
C1 가스 리파이너리 사업단의 지원을 받아 ‘메탄의 산화이량화 반응을 통한 올레핀 제조 촉매 개발’ 과제를 수행하고 있으며 명지대학교와 상호 협력을 통해 메탄으로부터 선택적으로 올레핀을 제조할 수 있는 촉매 개발 연구를 진행중이다.