UNIST 박혜성 교수팀, 뛰어난 성능의 비귀금속 촉매 개발…ACS Energy Letters 게재 귀금속 수전해 촉매의 대체재로 많은 관심을 받고있는 페로브스카이트 산화물의 촉매 효율을 크게 향상시킬 수 있는 합성법이 개발됐다. UNIST 신소재공학과 박혜성 교수와 동국대 융합에너지신소재공학과 한영규 교수 공동연구팀이 이차원 소재인 전이금속 칼코겐 화합물을 페로브스카이트 산화물의 성장기판으로 활용해 촉매의 표면 결정 구조와 전자 구조의 품질을 높이고 성능을 향상시킬 수 있는 합성법을 개발했다고 밝혔다. 수전해를 통한 수소 생산법은 온실가스나 대기오염 물질을 배출하지 않아 친환경적 수소 생산 방식으로 각광받고 있다. 하지만 공정에 사용되는 고비용의 귀금속 촉매로 인해 수소 생산 단가가 높다는 단점을 가진다. 페로브스카이트 산화물은 구성 원소와 전자 구조의 품질을 높이기 용이해 귀금속 대체 수전해 촉매로 많은 연구가 이뤄지고 있지만 귀금속 촉매 대비 산소발생 효율이 낮다는 문제점을 가진다. 통상적으로 촉매의 표면 결정 구조와 전자 구조는 물로부터 수소와 산소를 생산하는 반응과정에서 생성되는 중간 생성물과의 흡·탈착 반응과 직결되는 특성이다. 따라서 이를 제어하
광주과학기술원(GIST) 연구진이 전기화학적 표면처리를 통해 니켈 기반 화합물 촉매의 수소 발생 효율을 기존 대비 40% 이상 향상시켰다. ‘수소 발생 효율’은 발생한 수소 연료의 부피 당 필요한 전력소모량을 결정하는데, 이번 연구에서 개발된 촉매를 수전해에 활용하면 수소 연료 생산 시 전력 소모량을 약 30% 감소시켜 수소 연료 가격을 낮추는 데 기여할 것으로 기대된다. 수전해는 양극에 수소 발생 촉매와 산소 발생 촉매를 사용해 전위차를 발생시켜 물로부터 각각 수소 기체와 산소 기체를 발생시키는 장치로, 수소 연료 발생 과정에 있어 이산화탄소 등 온실가스를 발생시키지 않아 친환경 수소 연료 생산을 위한 핵심기술로 주목받고 있다. 현재 수소 발생 촉매로 활용되는 대부분의 물질은 백금을 비롯한 귀금속 촉매인데, 이러한 귀금속 촉매들은 가격이 높아 수소 연료의 가격을 높이는 주요한 원인이 되기 때문에 니켈, 코발트, 철 등의 비(非)귀금속 촉매를 개발하는 연구들이 많이 진행되고 있다. 하지만 비귀금속 촉매는 백금 대비 효율이 낮아 많은 전력이 필요하고, 이는 수소 연료의 가격을 높이기 때문에 비귀금속 촉매의 수소 발생 반응 속도를 높이기 위한 연구가 필요하다.
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