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미세먼지 원인 물질을 
친환경 물질로 전환하는 기술 개발
질소산화물 저감, 섬유 생산 원재료 확보, 그린수소 저장의 
1석 3조 활용 가능
□ 지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 신소재공학부 최창혁 교수 연구
팀은 KAIST 김형준 교수, 숙명여자대학교 김우열 교수 연구팀과 함께 
미세먼지의 주요 원인인 일산화질소(NO)를 고부가가치 화합물인 하이
드록실아민*으로 전환하는 기술을 개발했다.
   * 하이드록실아민: NH2OH의 화학 구조를 가지는 물질로, 나일론의 원료인 카프로락탐
(caprolactam) 생산의 주원료이다. 상온에서 액체로 존재하며 암모니아 높은 반응성으로 
인해 그린수소 사회의 효과적인 수소저장 물질로 여겨지고 있다.
 ∘ 연구팀은 원자 수준으로 안정화된 철 이온 촉매의 활용 및 계산/분광
학 기초연구를 토대로 설계된 기술을 접목하여 실제 반응공정에서 매
우 선택적으로 친환경 물질인 하이드록실아민을 생산하는 데 성공하였
다. 
□ 지구 대기의 78% 정도를 차지하는 매우 풍부한 원소인 질소는 육상, 
해양, 대기를 순환하며 인류를 포함한 생태계의 생존에 매우 중요한 
역할을 한다. 
지스트(광주과학기술원) 보도자료
http://www.gist.ac.kr 
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배포일
2021.03.29.(월)
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자료 문의
신소재공학부 최창혁 교수
062-715-2317
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 ∘ 그러나 축산업, 농업, 운송업, 산업 및 에너지 부문에 대한 수요 증가
는 막대한 양의 질소산화물*을 유입시켰으며, 이로 인한 지구 내 질소 
순환계의 심각한 불균형은 산성비, 토양 산성화, 수질 오염 등의 환경
오염뿐만 아니라 최근 심각한 사회문제로 대두되고 있는 미세먼지의 
근본적인 원인으로 지목되고 있다.
  질소산화물: 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 질산염(NO3-), 아질산염(NO2-), 아산화질소
(N2O)를 지칭한다. 과도한 질소산화물의 유입은 인간과 환경에 엄청난 영향을 미친다. 그 
예로, 아산화질소는 이산화탄소보다 대기질과 오존층에 미치는 영향이 300배 강력하다.
□ 본 연구팀은 전기화학적 기술을 활용하여 환경오염물질인 질소화합물
을 감축시킴과 동시에 섬유 및 화학산업에서 널리 사용되는 고부가가
치 화합물인 하이드록실아민을 생산하고자 했다. 이를 위해 일산화질
소가 질소산화물 전환과정에서 생성물 종류를 결정하는 핵심 중간물질
이라는 사실에 주목했으며, 반응의 경로를 제어하기 위해 철 단원자 
촉매를 도입하였다. 
 ∘ 연구팀은 다양한 분광학 기초실험을 통해 산화된 단원자 철 이온이 일
산화질소의 환원을 촉진함을 확인하였다. 더 나아가 전해질의 산성도 
조절을 통해 하이드록실아민의 생산량 제어에 성공했다. 계산화학적 
접근 및 적외선 분광분석을 활용하여 반응 메커니즘 분석을 수행한 결
과, 단원자 철 이온에 흡착된 일산화질소 주변 전기장의 세기에 따라 
반응 경로가 변화한다는 사실을 밝혔다.
□ 연구진은 이러한 연구결과를 바탕으로 추가적인 외부의 에너지 공급 
없이 일산화질소로부터 안정적인 하이드록실아민 생산에 성공했으며 
본 기술의 실용적 활용 가능성을 확인하였다. 
□ 지스트 신소재공학부 최창혁 교수는 “이번 연구 성과는 미세먼지의 
중요원인인 질소산화물의 저감과 동시에 섬유 생산의 원재료 확보뿐 
아니라 그린수소 저장 등 1석 3조 이상의 활용이 가능하다”면서 “향
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후 배기가스 등 환경오염물질을 우리의 삶에 유용한 물질로 전환하는 
친환경 시스템 확립이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다. 
□ 지스트 최창혁, KAIST 김형준, 숙명여자대학교 김우열 교수 공동연구팀
이 수행한 이번 연구는 한국연구재단 미래소재디스커버리 및 신진중견
연계 사업 과제의 지원을 받아 수행했으며, 연구 성과는 세계적인 학술
지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)’에 2021년 3월 
25일자로 온라인 게재되었다.  <끝>  
논문의 주요 내용
1. 논문명, 저자정보 
 - 저널명 : Nature Communications (IF : 12.121, 2020년 기준)
 - 논문명 : Selective electrochemical reduction of nitric oxide to hydroxylamine by 
atomically dispersed iron catalyst
 - 저자 정보 : 김동현 (공동 제1저자, 광주과학기술원), Stefan Ringe (공동 제1저
자, 대구경북과학기술원), 김우열 (교신저자, 숙명여자대학교), 김형준 
(교신저자, 한국과학기술원), 최창혁 (교신저자, 광주과학기술원) 
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그 림 설 명
[그림1] 연료전지 시스템 내 일산화질소 전환 및 하이드록실아민 생산량 결과.
(왼쪽) 기존 기술 수준 및 개발된 신기술의 결과 비교. (오른쪽) 외부 에너지 공급 
없이 하이드록실아민 생산 안정성 테스트 결과.