국내 연구진이 고가의 금속 촉매를 대신할 삼층 따개비 모양의 산소 활성 촉매를 개발했다. 고효율 수소생산으로 수소경제 실현에 기여할 전망이다.
광주과학기술원(GIST·총장 김기선)은 이재영 지구·환경공학부 교수팀이 조강우 포스텍(포항공과대학교) 교수팀과 공동으로 물에 전력을 공급해 수소를 생산하는 수전해기술 효율을 결정하는 새로운 구조의 산소발생반응 촉매를 개발했다고 11일 밝혔다.
수전해는 물을 전기화학적으로 분해하는 기술로 고순도 수소생산이 가능하다. 석유·석탄 등 화석연료와 이산화탄소 배출에서 자유로울 수 있다는 장점이 있다. 하지만 현재 수소생산의 97% 이상은 화석연료에 의존하고 있다.
연구팀은 값비싼 백금계 금속을 사용하지 않고 표면적이 넓은 따개비 구조와 활성점으로 변환이 쉬운 티타니아 구조를 3층으로 쌓은 코발트 금속기반 촉매를 개발했다. 산소원자가 결핍된 티타니아 구조의 코발트-안티모니 산화물 물분해 전극촉매는 산소발생반응의 반응물 흡착과 활성점으로의 전환이 용이하다. 수전해 효율을 결정하는 산소발생반응에서 기존 코발트 금속 촉매보다 100mV의 낮은 과전압으로 뛰어난 활성을 보였다.
연구팀은 실시간 방사광가속기 기반 X-선 분석을 통해 촉매내 활성점 밀도가 증가하는 현상을 관찰했다. 수전해 에너지 효율이 기존보다 13% 향상돼 전력량 대비 수소생산량이 증대한다는 사실도 규명했다. 활발한 전기화학적 산소발생이 가능해 효율적 수소생산에 기여하는 것으로 나타났다.
이재영 교수는 “삼층 따개비 모양의 새로운 촉매구조를 제안하고 반응기작을 규명함으로써 고효율 산소발생반 응용 촉매 구조 후보군을 넓혔다”면서 “저에너지·친환경 수소생산의 길을 앞당겨 수소경제에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
