- 별세포에 의한 ‘지속적 흥분’ 유발이 신경병증성 통증의 핵심 기전으로 규명 - 신경병증성 통증 시각화를 통해 향후 진단 및 예후 모니터링 활용 기대 신경병증성 통증은 경미한 자극에도 극심한 통증을 느끼는 증상이다. 일반적으로 당뇨, 항암치료, 수술 등으로 인해 말초 신경이 손상되어 통증을 관장하는 뇌에서 잘못된 신호를 보내 통증을 유발하는 질환으로 알려져 있다. 심각할 경우, 옷에 쓸리는 느낌만으로도 불에 타는 듯한 극심한 통증을 느껴 삶의 질을 저하시키고 있다. 현재까지 신경병증성 통증을 유발하는 명확한 원인을 알지 못해 진단과 치료가 어려운 상황이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 뇌과학연구소 남민호 박사 연구팀은 광주과학기술원(GIST, 총장 임기철) 김형일 교수 연구팀과 공동연구를 통해 별세포(astrocyte)에 의한 신경병증성 통증 유발의 핵심 기전을 새롭게 규명하고, 나아가 그에 따른 맞춤형 치료 및 모니터링 타겟을 제시했다고 밝혔다. 신경세포를 중심으로 통증 신호의 전달을 조절하는 것에 집중돼 있던 기존 연구에서 벗어나 별세포를 중심으로 한 새로운 타겟을 제시한 것이다. 연구팀은 쥐 실험을 통해 신경병증성 통증 모델의 척수에서 반응성 별세포가 가바(GABA)를 과도하게 생성 및 분비하는 것이 병리의 핵심임을 밝혀냈다. 중추신경계의 신경전달물질인 가바는 일반적으로 주변 신경세포의 활성과 대사를 억제시키는 역할을 한다. 그러나 신경병증성 통증이 발병한 경우, 가바의 분비로 신경세포의 특정 단백질인 ‘KCC2 운송체’의 발현이 감소해 신경세포의 염화이온 농도가 높아진다. 따라서 역설적인 현상으로 신경세포를 과도하게 활성시키는 ‘지속적 흥분(Tonic Excitation)’ 현상을 일으킨다는 것을 확인했다. 또한, 연구팀은 방사성동위원소로 표지된 포도당(18F-FDG)을 이용한 PET(양전자단층촬영)을 통해서 별세포 가바에 의한 신경세포의 ‘지속적 흥분’을 시각화하는 데에 성공했다. 그 결과, 신경병증성 통증을 겪는 동물의 척수에서 증가된 포도당 대사를 관찰할 수 있었고, 별세포가 발현하는 마오비(MAOB) 효소를 활용해 가바 생성을 억제한 이후에는 척수에서의 포도당 대사도 정상 수준으로 회복되는 것을 관찰했다. 이는 치료의 진행 정도를 가시화할 수 있음을 보여 신경병증성 통증 환자의 예후 관리에 도움이 될 것으로 기대된다. 특히, 연구팀이 개발한 마오비(MOAB) 억제제의 신경병증성 통증 치료 효과 및 안정성을 확보하기 위해 임상실험을 진행할 예정이다. KIST 남민호 박사는 “별세포의 가바에 의한 지속성 흥분이 척수 신경 과민성의 원인이자 신경병증성 통증의 핵심 기전”이라며, “이러한 결과들은 신경병증성 통증의 새로운 치료 전략 개발을 위한 중요한 기초를 제공할 것이다”라고 말했다. GIST 김형일 교수는 “별세포와 신경세포 간 상호작용의 시각화를 통해 신경병증성 통증의 예후 모니터링에 중요한 정보를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 KIST 주요사업 및 뇌질환극복연구사업(2020M3E5D9079744), 세종과학펠로우십(2021R1C1C2005440) 등으로 수행됐다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 'Experimental & Molecular Medicine' (IF 12.8, JCR 분야 4.8%) 최신호에 게재됐다. [그림 1] 별세포-신경세포 상호작용을 통한 신경병증성 통증의 신규 기전 [그림 2] 마오비 억제제에 의한 신경병증성 통증 치료 효과

- 별세포에 의한 ‘지속적 흥분’ 유발이 신경병증성 통증의 핵심 기전으로 규명 - 신경병증성 통증 시각화를 통해 향후 진단 및 예후 모니터링 활용 기대 신경병증성 통증은 경미한 자극에도 극심한 통증을 느끼는 증상이다. 일반적으로 당뇨, 항암치료, 수술 등으로 인해 말초 신경이 손상되어 통증을 관장하는 뇌에서 잘못된 신호를 보내 통증을 유발하는 질환으로 알려져 있다. 심각할 경우, 옷에 쓸리는 느낌만으로도 불에 타는 듯한 극심한 통증을 느껴 삶의 질을 저하시키고 있다. 현재까지 신경병증성 통증을 유발하는 명확한 원인을 알지 못해 진단과 치료가 어려운 상황이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 뇌과학연구소 남민호 박사 연구팀은 광주과학기술원(GIST, 총장 임기철) 김형일 교수 연구팀과 공동연구를 통해 별세포(astrocyte)에 의한 신경병증성 통증 유발의 핵심 기전을 새롭게 규명하고, 나아가 그에 따른 맞춤형 치료 및 모니터링 타겟을 제시했다고 밝혔다. 신경세포를 중심으로 통증 신호의 전달을 조절하는 것에 집중돼 있던 기존 연구에서 벗어나 별세포를 중심으로 한 새로운 타겟을 제시한 것이다. 연구팀은 쥐 실험을 통해 신경병증성 통증 모델의 척수에서 반응성 별세포가 가바(GABA)를 과도하게 생성 및 분비하는 것이 병리의 핵심임을 밝혀냈다. 중추신경계의 신경전달물질인 가바는 일반적으로 주변 신경세포의 활성과 대사를 억제시키는 역할을 한다. 그러나 신경병증성 통증이 발병한 경우, 가바의 분비로 신경세포의 특정 단백질인 ‘KCC2 운송체’의 발현이 감소해 신경세포의 염화이온 농도가 높아진다. 따라서 역설적인 현상으로 신경세포를 과도하게 활성시키는 ‘지속적 흥분(Tonic Excitation)’ 현상을 일으킨다는 것을 확인했다. 또한, 연구팀은 방사성동위원소로 표지된 포도당(18F-FDG)을 이용한 PET(양전자단층촬영)을 통해서 별세포 가바에 의한 신경세포의 ‘지속적 흥분’을 시각화하는 데에 성공했다. 그 결과, 신경병증성 통증을 겪는 동물의 척수에서 증가된 포도당 대사를 관찰할 수 있었고, 별세포가 발현하는 마오비(MAOB) 효소를 활용해 가바 생성을 억제한 이후에는 척수에서의 포도당 대사도 정상 수준으로 회복되는 것을 관찰했다. 이는 치료의 진행 정도를 가시화할 수 있음을 보여 신경병증성 통증 환자의 예후 관리에 도움이 될 것으로 기대된다. 특히, 연구팀이 개발한 마오비(MOAB) 억제제의 신경병증성 통증 치료 효과 및 안정성을 확보하기 위해 임상실험을 진행할 예정이다. KIST 남민호 박사는 “별세포의 가바에 의한 지속성 흥분이 척수 신경 과민성의 원인이자 신경병증성 통증의 핵심 기전”이라며, “이러한 결과들은 신경병증성 통증의 새로운 치료 전략 개발을 위한 중요한 기초를 제공할 것이다”라고 말했다. GIST 김형일 교수는 “별세포와 신경세포 간 상호작용의 시각화를 통해 신경병증성 통증의 예후 모니터링에 중요한 정보를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 KIST 주요사업 및 뇌질환극복연구사업(2020M3E5D9079744), 세종과학펠로우십(2021R1C1C2005440) 등으로 수행됐다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 'Experimental & Molecular Medicine' (IF 12.8, JCR 분야 4.8%) 최신호에 게재됐다. [그림 1] 별세포-신경세포 상호작용을 통한 신경병증성 통증의 신규 기전 [그림 2] 마오비 억제제에 의한 신경병증성 통증 치료 효과

- 국민이 체감하는 핵심성과 창출을 위해 상호 소통 및 협업하는 바이오분야 공공연구기관 협의체 출범 - 바이오분야 13개 공공연구기관 업무협약서(MOU) 체결식 개최 과학기술정보통신부(장관 이종호, 이하 과기정통부)와 바이오분야 13개 공공연구기관은 상호 소통 및 협업을 통해 국민들이 체감할 수 있는 핵심 성과를 창출하기 위해 ｢바이오분야 공공연구기관 협의체(이하 협의체)｣를 구성하고 6월 18일(화) 16:30 한국원자력의학원에서 공공연구기관 업무협약서(이하 MOU) 체결식을 개최했다고 밝혔다. 최근 정부는 첨단바이오를 미래 국가기술 경쟁력의 3대 게임체인저 중 하나로 인식하고 첨단바이오 분야에서 글로벌 선도국으로 도약하기 위한 국가 전략인 ｢첨단바이오 이니셔티브｣를 발표한 바 있다. ｢첨단바이오 이니셔티브｣를 차질 없이 추진하고 첨단바이오 분야에서 기술경쟁력을 확보하기 위해서는 바이오 분야 연구개발(R&D)의 한 축을 담당하고 있는 공공연구기관이 상호 협력하여 역량을 최대한 결집하는 것이 필수적이다. 이미 해외 주요국들은 첨단바이오 난제해결 등 도전적인 연구에 기관 간 협력을 통해 성과를 내고 있다. 실제로 2022년에는 미국 국립인간게놈연구소(NHGRI)가 중심이 된 세계 33개 기관의 컨소시엄인 ‘텔로미어 투 텔로미어(T2T)’ 컨소시엄은 협력연구를 통해 지금까지 밝혀지지 않았던 인간 DNA 염기 약 2억쌍을 새롭게 밝혀내는 성과를 내면서 난치암, 치매 등 유전자 변이와 관련된 각종 질환의 원인 규명에 한 발자국 더 다가갈 수 있는 발판을 만든 사례도 있다. 하지만 우리는 지금까지 개별기관 단위의 목표 수립, 분절적 예산 운용 등 칸막이식 운영으로 국가적 아젠다에 효과적으로 대응하지 못하고, 첨단바이오 핵심기술을 확보하는데 한계가 있었다. 이번 협의체는 이러한 인식에서 비롯된 것이며, 13개 바이오분야 공공연구기관과 대통령실, 과기정통부 등 정부가 참여하여 기관 간 협력연구 주제를 발굴하고 첨단바이오 육성 방안에 대해 논의하는 등 상호 소통 및 협업의 구심점 역할을 수행한다. 특히 이번 협의체에는 과기정통부 유관 공공연구기관뿐만 아니라 국립보건연구원, 국립암센터 등 보건복지부 유관 공공연구기관도 참여하여 바이오 전 분야를 아우를 수 있도록 구성하였다. 협의체에 참여하는 공공연구기관은 국립보건연구원, 국립암센터, 안전성평가연구소, 한국과학기술연구원, 한국과학기술정보연구원, 한국기초과학지원연구원, 한국뇌연구원, 한국생명공학연구원(간사기관), 한국식품연구원, 한국원자력의학원, 한국전자통신연구원, 한국한의학연구원, 한국화학연구원(이상 가나다 순) 등 13개 기관이다. 바이오분야 핵심 연구인력 약 2,700여명을 보유하고 바이오 국가R&D 약 6,300억원(’24년 기준)을 담당하는 13개 기관들이 첨단바이오 강국 도약을 위해 ‘원팀’을 구성하는 것이다. 향후 수요 및 필요에 따라 참여기관을 지속 확대할 계획이다. 바이오분야 공공연구기관은 협의체 활동을 통해 국가 정책에 발맞춰 첨단바이오 기술경쟁력을 확보하기 위한 협력 연구개발사업을 기획하고, 연구 시설 및 장비 공동 활용, 핵심인재 육성, 바이오 데이터 공동 생산 및 활용 등 다양한 분야에서 기관 간 협력 방안을 도출한다. 또한 정부와 협력하여 바이오 분야 미래 아젠다를 발굴하고 바이오 분야 국가 정책 방향을 논의하는 등 싱크탱크의 역할도 수행한다. 아울러 연구기관의 주요 연구내용 및 연구성과 공유도 활발히 진행하여 협력의 저변을 넓힐 계획이다. 이날 행사에서 바이오분야 13개 공공연구기관은 이러한 협력 내용을 담아 상호 MOU를 체결하였으며, 체결식 이후 분야별 워킹그룹 구성을 통해 기관 간 협력 연구개발 프로젝트 기획, 기관 별 연구성과 및 정보 교류를 위한 워크숍 운영 등 세부적인 협의체 운영계획에 대해 논의하였다. 협의체 위원장으로 선출된 서판길 한국뇌연구원 원장은 “이번 협의체 구성으로 바이오 분야의 13개 공공연구기관이 서로 소통과 협력을 위한 첫발을 내딛었다는 점에서 의미가 크다”라며, “협의체 활동을 통해 공공연구기관이 맡은 소임을 다하면서 국민들이 체감할 수 있는 성과를 창출할 수 있도록 노력할 것”이라고 하였다. 한편, 협의체 참여기관들은 오늘 논의된 사항을 토대로 협력 프로젝트 발굴을 위한 워킹그룹 구성 등 협력 분야를 7월 중으로 결정하고 첨단바이오 핵심기술 확보를 위한 협력 프로젝트를 올 연말까지 도출하기 위해 박차를 가할 계획이다.

- KIST(한국과학기술연구원) 인사발령 <승진> ▲ 한국과학기술연구원 첨단소재기술연구본부장 전영민 ▲ 한국과학기술연구원 청정신기술연구본부장 정경윤 2024.6.10. 부. 끝.

- 총 280억 원 규모, KIST 강릉분원 내 강원 천연물 산업화 혁신센터 조성 협력 - 바이오 분야 R&D 역량 강화 및 강릉 천연물 바이오 국가산단 조성 기여 기대 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 6월 5일(수) 강원특별자치도 춘천시 강원자치도청에서 강원특별자치도(도지사 김진태), 강릉시(시장 김홍규)와 천연물 산업화 혁신센터 조성을 위한 업무협약식을 개최했다고 밝혔다. 이번 협약의 주요 내용은 센터 구축 사업비 분담, 천연물 소재 연구개발, 산업화 및 관련 지역산업 발전, 센터 구축 전담 조직 운영 등이다. 천연물 산업화 혁신센터 조성 사업은 천연물 산업화 혁신 플랫폼 구축이라는 KIST의 비전하에 추진 되는 사업으로, 강릉과학산업단지 내 천연물 산업화 혁신센터를 건립, 천연물 산업과 R&D, 국제협력을 지원하는 플랫폼을 구축하고, 첨단 산업 생태계 조성 및 기업 육성·유치를 강화하여 지역 특화산업인 천연물 바이오산업 발전에 기여하는 것이 목적이다. 센터 구축은 이번 업무협약을 시작으로, `26년 초까지 사업타당성조사 및 과학기술연구회(NST) 이사회 승인을 거친 이후 국비 예산 확보, `27년부터 `30년까지 센터 구축을 완료할 계획이다. 한국과학기술연구원(KIST) 강릉분원은 지역전략산업 육성과 연계한 기술개발을 목적으로 `03년 설립 이후 강릉과학산업단지 조성의 구심체 역할을 하고 있다. KIST 강릉분원은 바이오 관련 중소기업 62개 사를 패밀리기업으로 선정하여 기술 상담, 전문가 교육, 기술이전을 진행하고, 최근 기술이전 대상 기업의 강릉 유치 4건, 연구원 기술창업 2건, 이외에도 道 연구기관과 다수의 대규모 국비 연구 사업을 공동으로 추진하고 있으며, 190여 명의 연구·행정 인력이 상주, 1,148편의 SCI급 논문 작성, 특허등록 526건, 75억 원 상당의 기술이전 성과까지, 지역 천연물 바이오산업 발전과 연구 역량 강화에 크게 기여해왔다. 오늘 협약을 기점으로 세 기관이 더 밀접한 협력관계로 강릉 천연물 소재 바이오산업 발전에 이바지할 것으로 기대된다. 오상록 KIST 원장은 “이번 업무협약은 특별자치도로 새롭게 출발한 강원도가 강릉시를 중심으로 국가 천연물 바이오산업의 구심점으로 발돋움하는 계기가 될 것으로 생각한다”며 “KIST가 앞으로도 강원특별자치도의 발전과 지역 혁신 생태계 활성화에 보탬이 될 수 있도록 노력하겠다”라고 밝혔다. 김진태 강원특별자치도지사는 “강원 천연물 산업화 혁신센터는 기업과 우수 인재들이 모여드는 선순환 구조 완성의 첫 번째 퍼즐이 될 것이다”며, “앞으로도 강원 천연물 바이오산업의 더 큰 도약을 위해 모인 세 기관 간의 긴밀한 협력을 기대한다”라고 밝혔다. 김홍규 강릉시장은 “강원 천연물 산업화 혁신센터가 첨단 산업 생태계 조성 및 기업 육성·유치를 강화하여, 강릉 천연물 바이오 국가산업단지를 활성화하는데 구심체 역할을 담당할 것으로 기대한다”며 “강릉시는 천연물 소재 전주기 표준화 허브 구축과 더불어 동 혁신센터 건립을 마중물로 하여 기회발전특구를 더한 천연물 바이오 국가산업단지를 완성해 국가 천연물 산업 클러스터 조성을 조기에 구축해 가겠다”라고 밝혔다. [사진1] (좌측부터) 김진태 강원특별자치도 도지사, 오상록 KIST 원장, 김홍규 강릉시장이 업무협약식을 마치고 기념촬영을 하고 있다. 사진 2. 협약식에 참석한 기관의 주요 관계자들이 업무협약식을 마치고 기념촬영을 하고 있다.

- KIST(한국과학기술연구원) 인사발령 <승진> ▲ 한국과학기술연구원 사이버보안팀장 고세환 ▲ 한국과학기술연구원 윤리경영팀장 이수진 ▲ 한국과학기술연구원 커뮤니케이션팀장 김남균 ▲ 한국과학기술연구원 재무팀장 장승현 ▲ 한국과학기술연구원 안전보건팀장 이정민 <전보> ▲ 한국과학기술연구원 혁신기업협력센터장 이석헌 ▲ 한국과학기술연구원 홍보전략실장 전정훈 ▲ 한국과학기술연구원 기본사업운영팀장 장인태 ▲ 한국과학기술연구원 수탁사업운영팀장 서노엘 ▲ 한국과학기술연구원 법무담당 김성우 ▲ 한국과학기술연구원 기획예산팀장 이바다 ▲ 한국과학기술연구원 건설관리팀장 김성영 2024.6.1. 부. 끝.

- KIST(한국과학기술연구원) 인사발령 <승진> ▲ 한국과학기술연구원 강릉분원 천연물연구소 분원장 김주선 [사진 1] 김주선 KIST 강릉분원장

[2024.03.07 보도자료] - 수소와 산소 동시에 생산 가능한 양기능성 촉매 내구성 한계 극복 - 전기화학 시스템의 상용화를 위한 대면적 반응기 구동 기술 제시 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 청정에너지연구센터 오형석·이웅희 박사팀은 포항공과대학과 연세대학교와 공동연구를 통해 산소 환원 반응과 발생 반응을 모두 보이는 팔면체 구조의 양기능성 백금-니켈 합금촉매를 이용해 전극의 가역-내구성을 향상하는 방법론 개발에 성공했다고 밝혔다. 양기능성 촉매란 하나의 촉매를 사용해 물에서 수소와 산소를 동시에 생산하는 차세대 촉매다. 현재 수전해 기술, CCU(이산화탄소의 포집 및 활용) 등 전기화학 시스템에서는 양쪽 전극에 별개의 촉매를 활용하기 때문에 수소의 생산 단가가 높다. 반면 1개의 생산공정으로 합성이 가능한 양기능성 촉매는 생산비용 절감이 가능해 전기화학적 에너지 전환 기술의 경제성을 높일 수 있는 기술로 주목받고 있다. 하지만 양기능성 촉매는 수소와 산소를 발생하는 각각의 전기화학 반응을 진행하고 나면 전극 물질의 구조변화로 인해 다른 반응 성능이 낮아진다는 문제가 있다. 이 때문에 양기능성 촉매를 상용화하기 위해서는 반응 후에도 장기간 촉매구조를 유지할 수 있는 가역-내구성 확보가 중요하다. 연구팀은 양기능성 촉매의 가역-내구성을 높이기 위해 각각 산소 환원반응과 발생 반응에서 높은 성능을 보이는 백금과 니켈을 섞어서 다양한 구조의 합금촉매를 합성했다. 실험 결과 팔면체 구조일 때 니켈-백금 간의 상호작용이 가장 활발했으며, 이 합금촉매는 백금, 니켈 단일 물질로 제작한 촉매 대비 산소 환원반응과 발생 반응 성능이 2배 이상 높았다. 또한, 합금촉매의 반복적인 발생 반응 과정에서 생성되는 백금 산화물이 성능 감소의 원인임을 확인해 백금 산화물을 백금으로 환원시키는 구조복구 방법론을 개발했다. 연구팀은 전자 현미경을 통해 연구팀이 개발한 방법론 적용 시 촉매의 형상이 복구되는 것을 확인했으며, 상용화를 위한 대면적 반응기 실험에서도 촉매 형상 복구에 성공해 구동 시간을 2배 이상 늘렸다. 연구팀이 개발한 양기능성 촉매와 구조복구 방법론은 기존에 산소 발생과 환원 반응을 위한 별개의 촉매를 양기능성 촉매로 대체해 일체형 재생 연료전지 기술의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 수소와 전력 생산이 모두 가능한 일체형 재생 연료전지는 높은 가격의 촉매의 투입량을 줄이면서도 성능을 유지할 수 있어 생산비용을 낮출 수 있다. KIST 오형석 책임연구원은 “촉매의 가역-내구성 향상 기술은 전기화학적 에너지 전환 시스템에 중요기술인 양기능성 촉매 개발에 새로운 방향성을 제시한 것”이라며 “향후 일체형 재생 연료전지와 같은 전기화학 시스템의 상용화 및 탄소중립을 앞당기는 데 이바지할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 ‘KIST 주요사업’, ‘Carbon to X 사업’(2020M3H7A109822921) 및 국가과학기술연구회(이사장 김복철)의 ‘창의형 융합연구사업’(CAP21013-100)으로 수행됐다. 연구결과는 저명 국제저널 ‘Advanced Energy Materials’ (IF: 27.8, JCR 분야 상위 2.5%) 최신 호에 게재됐으며, Back Cover 이미지에 선정됐다. * Activity restoration of Pt-Ni octahedron via phase recovery for anion exchange membrane-unitized regenerative fuel cells [그림1] Advanced Energy Materials Back Cover 이미지 [그림2] 일체형 재생 연료전지 구동 모식도

[2024.03.07 보도자료] - 수소와 산소 동시에 생산 가능한 양기능성 촉매 내구성 한계 극복 - 전기화학 시스템의 상용화를 위한 대면적 반응기 구동 기술 제시 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 청정에너지연구센터 오형석·이웅희 박사팀은 포항공과대학과 연세대학교와 공동연구를 통해 산소 환원 반응과 발생 반응을 모두 보이는 팔면체 구조의 양기능성 백금-니켈 합금촉매를 이용해 전극의 가역-내구성을 향상하는 방법론 개발에 성공했다고 밝혔다. 양기능성 촉매란 하나의 촉매를 사용해 물에서 수소와 산소를 동시에 생산하는 차세대 촉매다. 현재 수전해 기술, CCU(이산화탄소의 포집 및 활용) 등 전기화학 시스템에서는 양쪽 전극에 별개의 촉매를 활용하기 때문에 수소의 생산 단가가 높다. 반면 1개의 생산공정으로 합성이 가능한 양기능성 촉매는 생산비용 절감이 가능해 전기화학적 에너지 전환 기술의 경제성을 높일 수 있는 기술로 주목받고 있다. 하지만 양기능성 촉매는 수소와 산소를 발생하는 각각의 전기화학 반응을 진행하고 나면 전극 물질의 구조변화로 인해 다른 반응 성능이 낮아진다는 문제가 있다. 이 때문에 양기능성 촉매를 상용화하기 위해서는 반응 후에도 장기간 촉매구조를 유지할 수 있는 가역-내구성 확보가 중요하다. 연구팀은 양기능성 촉매의 가역-내구성을 높이기 위해 각각 산소 환원반응과 발생 반응에서 높은 성능을 보이는 백금과 니켈을 섞어서 다양한 구조의 합금촉매를 합성했다. 실험 결과 팔면체 구조일 때 니켈-백금 간의 상호작용이 가장 활발했으며, 이 합금촉매는 백금, 니켈 단일 물질로 제작한 촉매 대비 산소 환원반응과 발생 반응 성능이 2배 이상 높았다. 또한, 합금촉매의 반복적인 발생 반응 과정에서 생성되는 백금 산화물이 성능 감소의 원인임을 확인해 백금 산화물을 백금으로 환원시키는 구조복구 방법론을 개발했다. 연구팀은 전자 현미경을 통해 연구팀이 개발한 방법론 적용 시 촉매의 형상이 복구되는 것을 확인했으며, 상용화를 위한 대면적 반응기 실험에서도 촉매 형상 복구에 성공해 구동 시간을 2배 이상 늘렸다. 연구팀이 개발한 양기능성 촉매와 구조복구 방법론은 기존에 산소 발생과 환원 반응을 위한 별개의 촉매를 양기능성 촉매로 대체해 일체형 재생 연료전지 기술의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 수소와 전력 생산이 모두 가능한 일체형 재생 연료전지는 높은 가격의 촉매의 투입량을 줄이면서도 성능을 유지할 수 있어 생산비용을 낮출 수 있다. KIST 오형석 책임연구원은 “촉매의 가역-내구성 향상 기술은 전기화학적 에너지 전환 시스템에 중요기술인 양기능성 촉매 개발에 새로운 방향성을 제시한 것”이라며 “향후 일체형 재생 연료전지와 같은 전기화학 시스템의 상용화 및 탄소중립을 앞당기는 데 이바지할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 ‘KIST 주요사업’, ‘Carbon to X 사업’(2020M3H7A109822921) 및 국가과학기술연구회(이사장 김복철)의 ‘창의형 융합연구사업’(CAP21013-100)으로 수행됐다. 연구결과는 저명 국제저널 ‘Advanced Energy Materials’ (IF: 27.8, JCR 분야 상위 2.5%) 최신 호에 게재됐으며, Back Cover 이미지에 선정됐다. * Activity restoration of Pt-Ni octahedron via phase recovery for anion exchange membrane-unitized regenerative fuel cells [그림1] Advanced Energy Materials Back Cover 이미지 [그림2] 일체형 재생 연료전지 구동 모식도

[2024.03.07 보도자료] - 수소와 산소 동시에 생산 가능한 양기능성 촉매 내구성 한계 극복 - 전기화학 시스템의 상용화를 위한 대면적 반응기 구동 기술 제시 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 청정에너지연구센터 오형석·이웅희 박사팀은 포항공과대학과 연세대학교와 공동연구를 통해 산소 환원 반응과 발생 반응을 모두 보이는 팔면체 구조의 양기능성 백금-니켈 합금촉매를 이용해 전극의 가역-내구성을 향상하는 방법론 개발에 성공했다고 밝혔다. 양기능성 촉매란 하나의 촉매를 사용해 물에서 수소와 산소를 동시에 생산하는 차세대 촉매다. 현재 수전해 기술, CCU(이산화탄소의 포집 및 활용) 등 전기화학 시스템에서는 양쪽 전극에 별개의 촉매를 활용하기 때문에 수소의 생산 단가가 높다. 반면 1개의 생산공정으로 합성이 가능한 양기능성 촉매는 생산비용 절감이 가능해 전기화학적 에너지 전환 기술의 경제성을 높일 수 있는 기술로 주목받고 있다. 하지만 양기능성 촉매는 수소와 산소를 발생하는 각각의 전기화학 반응을 진행하고 나면 전극 물질의 구조변화로 인해 다른 반응 성능이 낮아진다는 문제가 있다. 이 때문에 양기능성 촉매를 상용화하기 위해서는 반응 후에도 장기간 촉매구조를 유지할 수 있는 가역-내구성 확보가 중요하다. 연구팀은 양기능성 촉매의 가역-내구성을 높이기 위해 각각 산소 환원반응과 발생 반응에서 높은 성능을 보이는 백금과 니켈을 섞어서 다양한 구조의 합금촉매를 합성했다. 실험 결과 팔면체 구조일 때 니켈-백금 간의 상호작용이 가장 활발했으며, 이 합금촉매는 백금, 니켈 단일 물질로 제작한 촉매 대비 산소 환원반응과 발생 반응 성능이 2배 이상 높았다. 또한, 합금촉매의 반복적인 발생 반응 과정에서 생성되는 백금 산화물이 성능 감소의 원인임을 확인해 백금 산화물을 백금으로 환원시키는 구조복구 방법론을 개발했다. 연구팀은 전자 현미경을 통해 연구팀이 개발한 방법론 적용 시 촉매의 형상이 복구되는 것을 확인했으며, 상용화를 위한 대면적 반응기 실험에서도 촉매 형상 복구에 성공해 구동 시간을 2배 이상 늘렸다. 연구팀이 개발한 양기능성 촉매와 구조복구 방법론은 기존에 산소 발생과 환원 반응을 위한 별개의 촉매를 양기능성 촉매로 대체해 일체형 재생 연료전지 기술의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다. 수소와 전력 생산이 모두 가능한 일체형 재생 연료전지는 높은 가격의 촉매의 투입량을 줄이면서도 성능을 유지할 수 있어 생산비용을 낮출 수 있다. KIST 오형석 책임연구원은 “촉매의 가역-내구성 향상 기술은 전기화학적 에너지 전환 시스템에 중요기술인 양기능성 촉매 개발에 새로운 방향성을 제시한 것”이라며 “향후 일체형 재생 연료전지와 같은 전기화학 시스템의 상용화 및 탄소중립을 앞당기는 데 이바지할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원을 받아 ‘KIST 주요사업’, ‘Carbon to X 사업’(2020M3H7A109822921) 및 국가과학기술연구회(이사장 김복철)의 ‘창의형 융합연구사업’(CAP21013-100)으로 수행됐다. 연구결과는 저명 국제저널 ‘Advanced Energy Materials’ (IF: 27.8, JCR 분야 상위 2.5%) 최신 호에 게재됐으며, Back Cover 이미지에 선정됐다. * Activity restoration of Pt-Ni octahedron via phase recovery for anion exchange membrane-unitized regenerative fuel cells [그림1] Advanced Energy Materials Back Cover 이미지 [그림2] 일체형 재생 연료전지 구동 모식도