김광수 교수팀, 백금보다 성능·안전성 우수한 촉매 합성
울산과기원, 극소량 에너지로 수소 만드는 고효율 촉매 개발
울산과학기술원(UNIST) 연구진이 미래 청정 에너지원으로 주목받는 수소를 극소량 에너지만으로 만들 수 있는 고효율 촉매를 개발했다.

김광수 자연과학부 화학과 특훈교수팀은 상업적으로 쓰이는 백금 촉매보다 탁월한 물 분해 전극 촉매 물질을 개발하는데 성공했다고 30일 밝혔다.

현재 백금 기반 촉매는 물을 전기로 분해해 수소를 생산할 때 가장 효율적인 촉매다.

다만 백금이 고가인 데다 희귀한 물질이어서, 이를 대체할 수 있는 물질 개발이 꾸준히 진행됐다.

그러나 지금까지 보고된 촉매 효율은 백금과 비슷한 수준인 데다, 산성이나 염기성 매질 중 한쪽에서 성능이 저하되거나 내구성이 낮은 문제가 있었다.

김 교수팀은 수소 발생 반응을 활성화하는 능력이 탁월하면서도, 산성과 염기성 용액 양쪽에서 내구성이 높은 루테늄(Ru) 기반 촉매 구조를 개발했다.

이는 질소를 도핑(결정의 물성을 변화시키고자 소량의 불순물을 첨가하는 공정)한 그래핀 결함 자리에 '루테늄 단일원자'와 '질화(질소가 새로운 원소와 결합해 화합물을 생성하는 과정)된 루테늄 나노입자'들이 혼성된 새로운 촉매다.

새로 개발된 촉매는 산·염기성 매질에서 상업용 백금 촉매를 포함해 지금까지 알려진 전극 촉매 중에서 가장 낮은 7㎷의 과전압(전해 과정에서 이론적으로 주어지는 분해전압과 실제로 전극 간에 주어지는 전압의 차이)을 기록했다.

과전압이 낮을수록 수소 생성에 드는 에너지 소비가 적은 효율적인 촉매가 된다.

또 이 촉매는 효율을 나타내는 지표 중 하나인 패러데이 효율(반응을 일으키는 데 사용되는 전류를 100으로 두고, 원하는 반응에 사용된 전류가 그중 얼마인지 측정한 것)이 100%에 가까웠다.

김 교수는 "새로 개발한 촉매는 산성과 염기성 용액에서 백금 촉매를 능가하는 성능과 안정성을 보였다"면서 "액체 추진 로켓이나 선박 등 다양한 환경에서 수소 발생 반응을 촉진하는 촉매로 사용할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 에너지 분야 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials) 7월호 표지 논문으로 게재됐다.

/연합뉴스