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Carbon Conversion Catalysis Laboratory

숙명여자대학교 화공생명공학부

백준현 교수

Syngas Conversion

Polyurethane Foams

Methanol Synthesis

Carbon Conversion Catalysis Laboratory

화공생명공학부 백준현

카본 컨버전 촉매 연구실(Carbon Conversion Catalysis Laboratory)은 이산화탄소의 자원화와 친환경 화학공정 실현을 목표로 첨단 촉매 및 공정 기술을 연구하는 선도적 연구실입니다. 본 연구실은 이산화탄소(CCU)의 화학적 활용을 위한 촉매 개발, CO2 기반 폴리올 및 폴리프로필렌 카보네이트(PPC) 합성, 그리고 디메틸카보네이트(DMC) 등 고부가가치 화합물의 친환경 합성에 중점을 두고 있습니다. 이러한 연구는 플라스틱, 폴리우레탄, 코팅 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있는 지속가능한 소재 개발로 이어지며, 탄소중립 사회 실현에 기여하고 있습니다. 또한, 본 연구실은 석유화학 산업의 핵심 원료인 프로필렌 생산을 위한 올레핀 복분해 촉매, 폐플라스틱의 열분해 나프타를 활용한 자원순환 촉매 기술 등도 활발히 연구하고 있습니다. 이를 통해 플라스틱 폐기물 문제 해결과 순환경제 실현, 그리고 석유자원 의존도 저감에 기여하고 있습니다. 촉매의 효율성, 선택성, 내구성 향상을 위한 다양한 소재 및 공정 개발을 통해 실제 산업 적용이 가능한 솔루션을 제시하고 있습니다. 수소 에너지 및 이차전지 소재 분야에서도 본 연구실은 두각을 나타내고 있습니다. 수전해와 탈염 공정을 결합한 친환경 수소 생산, 리튬-황(Li-S) 배터리용 황화리튬(Li2S) 합성, 액체 유기 수소 저장체(LOHC) 시스템을 위한 촉매 개발 등 미래 에너지 산업의 핵심 기술을 선도하고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 전환 및 저장 효율을 극대화하여 지속가능한 에너지 사회로의 전환을 가속화합니다. 본 연구실은 다수의 특허와 국제 학술지 논문, 산학협력 프로젝트를 통해 연구 성과를 국내외에 널리 알리고 있으며, 학생들의 창의적 연구 역량 강화와 실무 중심의 교육에도 힘쓰고 있습니다. 다양한 수상 경력과 졸업생들의 우수한 진로 성과는 연구실의 높은 연구력과 교육 역량을 입증합니다. 앞으로도 카본 컨버전 촉매 연구실은 지속가능한 화학공정, 자원순환, 에너지 전환 등 다양한 분야에서 혁신적인 촉매 및 공정 기술을 개발하여, 친환경 사회와 미래 산업 발전에 핵심적인 역할을 수행할 것입니다.

Syngas Conversion
Polyurethane Foams
Methanol Synthesis
이산화탄소(CCU) 기반 촉매 및 친환경 폴리머 합성
본 연구실은 이산화탄소(CCU, Carbon Capture and Utilization)의 화학적 활용을 위한 첨단 촉매 개발에 중점을 두고 있습니다. 특히 이산화탄소와 프로필렌 옥사이드의 공중합을 통해 CO2 기반 폴리올 및 폴리프로필렌 카보네이트(PPC)를 합성하는 기술을 연구하고 있습니다. 이 과정에서 이중금속시안화물 촉매(Double Metal Cyanide Catalyst)를 활용하여 기존 석유계 폴리올을 대체할 수 있는 지속가능한 소재를 개발하고 있습니다. CO2 기반 폴리올은 친환경 폴리우레탄 생산의 핵심 원료로, 기존의 석유화학 기반 폴리올을 대체할 수 있습니다. 이러한 폴리올은 폴리우레탄 폼, 코팅, 접착제 등 다양한 고부가가치 산업에 적용될 수 있으며, 이산화탄소의 자원화와 동시에 플라스틱 산업의 탄소발자국 저감에 기여합니다. 또한, PPC는 생분해성과 열적 안정성이 뛰어나 차세대 친환경 플라스틱 소재로 각광받고 있습니다. 아울러, 본 연구실은 이산화탄소와 메탄올을 직접 반응시켜 디메틸카보네이트(DMC)를 합성하는 촉매 개발에도 힘쓰고 있습니다. DMC는 용매, 연료 첨가제, 폴리카보네이트 및 의약품 원료 등 다양한 용도로 활용되는 화합물로, CO2의 직접 활용을 통한 지속가능한 화학공정의 실현에 중요한 역할을 합니다. 이러한 연구를 통해 본 연구실은 지속가능한 화학산업과 탄소중립 사회 실현에 기여하고 있습니다.
석유화학 촉매 및 폐플라스틱 자원순환
본 연구실은 석유화학 산업에서 핵심 원료인 프로필렌 생산을 위한 올레핀 복분해 촉매 개발에 집중하고 있습니다. 에틸렌과 1-부텐의 올레핀 복분해 반응을 통해 프로필렌을 생산하는 과정에서, 몰리브덴, 텅스텐, 루테늄 등 전이금속 기반 촉매를 활용하여 반응 효율과 선택성을 극대화하고 있습니다. 프로필렌은 플라스틱, 합성섬유, 각종 화학제품의 원료로 사용되며, 효율적인 촉매 개발은 석유화학 산업의 경쟁력 강화와 에너지 절감에 중요한 역할을 합니다. 또한, 폐플라스틱의 열분해 나프타를 수소화하여 고부가가치 탄화수소로 전환하는 친환경 촉매 기술도 연구 중입니다. 기존의 원유 기반 나프타를 대체할 수 있는 이 기술은 플라스틱 폐기물 문제 해결과 순환경제 실현에 기여합니다. 폐플라스틱 자원화는 환경오염 저감과 동시에 석유자원 의존도를 낮추는 데 중요한 역할을 하며, 본 연구실은 촉매의 성능 최적화와 공정 효율 향상에 주력하고 있습니다. 이와 같은 연구는 폐기물 관리의 새로운 패러다임을 제시하며, 지속가능한 석유화학 산업과 친환경 사회 구축에 기여합니다. 본 연구실은 촉매의 내구성, 선택성, 경제성 등을 종합적으로 고려하여 실제 산업 적용이 가능한 솔루션을 개발하고 있습니다.
수소 에너지 및 이차전지 소재 촉매화학
본 연구실은 수소 에너지와 이차전지 소재 분야에서도 활발한 연구를 수행하고 있습니다. 수소 생산, 저장, 활용을 위한 촉매 및 공정 개발에 집중하며, 특히 수전해와 탈염 공정을 결합한 하이브리드 시스템을 통한 친환경 수소 생산의 경제성 및 효율성 향상에 기여하고 있습니다. 이를 통해 수소 경제 시대의 핵심 기술을 선도하고 있습니다. 또한, 리튬-황(Li-S) 이차전지의 핵심 소재인 황화리튬(Li2S) 합성을 위한 촉매 및 반응 조건 최적화 연구도 진행 중입니다. Li-S 배터리는 높은 에너지 밀도와 비용 효율성으로 차세대 에너지 저장장치로 주목받고 있으며, 고순도 Li2S 생산 기술은 배터리 성능 향상에 필수적입니다. 본 연구실은 H2S를 활용한 LiOH의 Li2S 전환 반응을 정밀하게 제어하여 고품질 배터리 소재를 개발하고 있습니다. 이외에도, 액체 유기 수소 저장체(LOHC) 시스템을 위한 수소 저장 및 방출 촉매, 메탄화 반응용 촉매 등 다양한 에너지 전환 및 저장 촉매 연구를 통해 친환경 에너지 전환과 미래 에너지 산업 발전에 기여하고 있습니다.
1
Sustainable and high-performance polyurethane foams produced using waste-derived polyols
Harin Kim†, Jiyoung Chae†, Yoonjeong Jo, Su Min Jung, Hyeokjoon June, Jun Dong Park, Kwangjin An*, Jeong Woo Han*, Joon Hyun Baik*
, 1970
2
Sustainable Synthesis of CO2-Based Polyols via Pentaerythritol Derivatives for High-Performance Rigid Polyurethane Foams
Su Min Jung, Jiyoung Chae, Jiwon Hwang, Harin Kim, Nam-Kyun Kim*, Joon Hyun Baik*
EcoMat, 2025
3
Simultaneous nitric oxide and toluene reduction over Pt-based catalyst
Cheonwoo Jeong*, Dongcheol Lee, Sungjoong Kim, Joon Hyun Baik, Joonwoo Kim
Heliyon, 2024