신소재공학과 김용태 교수가 주도하는 “단일금속원자 기반 촉매소재 디스커버리 연구단”이 과학기술정보통신부가 주관하는 ‘2019년도 미래소재디스커버리사업’ 공모에 최종 선정됐다. 연구단은 10:1이 넘는 높은 경쟁율을 뚫고 6개월간의 선기획 과정을 거쳐 최종 선정됐으며, 향후 6년간 총 96억 원의 연구비를 지원받아 혁신적인 에너지 변환용 촉매소재의 개발을 주도할 것으로 기대를 모으고 있다.

‘미래소재디스커버리사업’은 과학기술정보통신부가 2015년부터 추진하고 있는 대표적인 혁신 소재 R&D 사업으로서 일본의 수출규제, 화이트 리스트 배제 등으로 인해 핵심 소재의 중요성이 높아지고 있는 요즘 학계 뿐만 아니라 동종분야 산업계의 관심이 집중되고 있다.

본 연구단은 ‘중간체의 흡착세기를 독립적으로 제어할 수 있는 단일금속원자 기반의 촉매소재’를 개발하는 혁신적인 접근법을 제시해 연구의 창의성과 원천특허 확보가능성 측면에서 매우 우수한 평가를 받았다. 연구단은 연구책임자 김용태 교수를 필두로 포항공과대학교, 한국과학기술원, 광주과학기술원, 울산과학기술원, 포항가속기연구소, 한화케미칼이 컨소시엄을 구성하고 있으며, 교수급 공동연구원 총 11명이 포진해 있다.

연구단은 디-밴드 엔지니어링(d-band engineering) 기반의 기존 촉매 연구방법론에서 벗어나 피-디 하이브리드제이션(p-d hybridization)을 통해 중간체의 흡착세기를 선택적으로 조절할 수 있는 단일금속원자 촉매를 디자인하는 혁신적인 기법을 제안하였다. 이를 통해 최종적으로 촉매 개발의 한계로 여겨져 온 스케일링 릴레이션(scaling relation)에서 완전히 벗어날 수 있는 단일금속원자 촉매소재 기술에 세계 최초로 도전한다. 이러한 혁신적인 기술은 6개월간의 선기획 과정을 통해 이론적·실험적으로 실현 가능성이 입증되었으며, 그 과정에서 연구단은 다수의 원천특허도 확보할 수 있었다. 뿐만 아니라 이 연구가 원천기술개발 성격의 한국연구재단 과제임에도 불구하고 소재개발 성공 가능성을 높게 평가한 한화케미칼이 양산화 기술개발에 직접 참여하기로 하는 등 업계의 반응도 매우 뜨겁다.

앞으로 연구단이 개발하게 될 혁신적인 촉매소재는 최근 이슈가 되고 있는 수소생산, CO2 전환, 연료전지 등 에너지 변환 장치의 효율을 극대화할 수 있어 기후변화 대응기술 개발을 통한 국가 경쟁력 강화에 크게 기여할 것으로 기대된다.