비싸고 안정성이 낮아 상용화가 어려운 점이 있었던 기존 촉매와는 달라 상용화가 활성화될 것으로 기대돼

출처 : 울산과학기술원

[문화뉴스 MHN 정영주 기자] 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 저렴하면서 안정성과 성능이 뛰어난 '수전해(물에 전기를 흘려 수소와 산소로 분해하는 것) 촉매'를 개발하였다.

박혜성·김건태·곽상규 에너지 및 화학공학부 교수팀은 전이금속칼코겐화합물과 페로브스카이트산화물을 결합한 '이종구조 수전해 촉매'를 개발하였다고 오늘(12일) 밝히었다.
 
수전해 기술은 수소를 생산하는 친환경적 방법으로 꼽히는데, 그러나 이때에는 물 분해 반응을 돕는 촉매가 필요하다.

 

그동안은 백금(Pt)이나 이리듐(Ir) 기반 귀금속의 촉매 성능이 우수하다고 보고가 되어왔지만, 가격이 비싸고 안정성이 낮아 상용화가 어려운 점이 있었다.

 
이에 연구진은 전이금속칼코겐화합물인 몰리브덴다이셀레나이드와 페로브스카이트산화물인 란탄스트론튬코발트산화물을 용기에 넣고 쇠구슬과 같이 굴리는 간단한 방법(볼밀 공정)으로 이종구조 촉매를 합성하는 개발을 하였다.
 
이렇게 만들어진 촉매는 수소발생 반응과 산소발생 반응 둘 다에서 귀금속 촉매에 가까운 성능을 보이었다. 귀금속 촉매가 둘 중 한 곳에서만 우수한 성능을 보이는 것과 차별이 되는 점이다.
 
그리고 이 촉매는 1㎠ 면적에 100㎃(밀리암페어)의 전류를 흘려도 1천 시간 동안 전극 손상 없이 안정적으로 작동하는 점을 보이기도 하였다.
기본 촉매들은 같은 면적에 50㎃ 이상 전류를 흘렸을 때 오래 가지 않아 전극이 손상되는 문제가 있었다.
 
특히 두 물질을 합성하는 과정에서 전이금속칼코겐화합물 일부가 금속 성질로 바뀌면서 촉매 성능과 안정성이 획기적으로 향상이 되었는데, 이처럼 반도체 성질이 금속 성질로 변하는 독특한 상전이 현상은 이번 연구에서 최초로 발견되어 실험적·이론적으로 규명이 되었다.
 
박혜성 교수는 "이번에 제안한 촉매 설계는 다양한 화합물로 조합을 할 수 있어 무궁무진한 잠재력을 가지고 있다"라고 예상하였다.
 
김건태 교수는 "수전해 촉매를 상용화하려면 간단한 합성, 대량화, 재현성, 고성능, 저비용, 고안정성 등이 수반되어야 하는데, 새로 개발한 촉매는 이런 조건들을 만족시킬 것으로 기대가 된다"고 전망하였다.
 
이번 연구는 자연과학 분야 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 오늘(12일) 온라인판에 게재가 되었다.

주요기사
 
저작권자 © 문화뉴스 무단전재 및 재배포 금지