KAIST(총장 신성철)가 백금 사용량을 최소화하면서 안정성도 높인 단일 원자 촉매를 개발했다. 성능이 높은 귀금속 단일 원자 촉매를 개발, 촉매를 이용한 산업 효율을 극대화할 것으로 기대된다.
KAIST는 이현주 생명화학공학과 교수, 한정우 서울시립대 교수 공동 연구팀이 백금 사용량을 기존의 10분의 1로 줄인 백금 단일 원자 촉매를 개발했다고 24일 밝혔다.
백금 기반 촉매는 활성도, 안정성이 높아 다양한 촉매 반응에 쓰인다. 그러나 백금 가격이 비싸다는 게 단점이다. 대안으로 나온 것이 단일 원자 촉매다. 단일 원자 촉매는 기반 금속의 입자 크기를 원자 단위로 줄인 촉매다. 각 입자가 모두 촉매 반응에 참여, 적은 양으로도 높은 반응 효율을 보인다. 촉매 가격을 대폭 낮출 수 있다. 원자들이 서로 떨어져 있어 두 개 이상의 원자가 붙어 있을 때 발생하는 반응 선택도 저하 문제도 피할 수 있다. 그러나 쉽게 뭉치고 안정성이 떨어져서 활용이 쉽지 않았다.
연구팀은 안티몬 금속 원소를 첨가한 주석 산화물과 백금 단일 원자를 합하는 구조를 개발, 문제를 해결했다. 또 백금 단일 원자가 안티몬-주석 합금 구조에서 열역학상 안정된 형태로 존재한다는 것을 계산으로 증명했다. 이 촉매는 기존의 상용 백금 촉매보다 최대 50배 높은 활성도를 보였다. 장기 안정성 또한 월등하게 높은 것으로 나타났다.
연구팀은 새로 개발한 백금 단일 원자 촉매의 '직접포름산 연료전지' 적용에도 성공했다. 직접포름산 연료전지는 각종 휴대용 장치의 에너지원으로 사용된다. 단일 원자 촉매를 완전한 전지에 적용한 것은 이번이 처음이다.
이현주 교수는 “귀금속 단일 원자 촉매 문제점을 해결하고 직접포름산 연료전지에 처음으로 적용하는데 성공했다”면서 “고함량, 고안정성 귀금속 단일 원자 촉매 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 기대감을 내비쳤다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
