백금과 같은 성능이지만 단가는 백금의 4%에 불과한 경제성 촉매가 개발됐다.
백종범 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수팀(이하 백 교수팀)은 루테늄과 2차원 유기 구조체 `C2N`을 합성, 새로운 촉매(Ru@C2N)를 개발했다고 13일 밝혔다.
물을 분해해 수소를 얻으려면 촉매가 필요하다. 우수한 물 분해 촉매는 높은 수소 변환 효율과 내구성을 갖고, 제조 단가도 낮아야 한다. 전기화학 작용으로 산도(pH)의 영향을 받지 않고 낮은 전압에서 수소를 분해할 수 있어야 한다.
현재 가장 많이 사용하는 촉매 소재는 백금이다. 그러나 고가의 귀금속이어서 가격 대비 수소 양산에 어려움이 많았다. 염기성에서는 안정성이 낮다는 점도 문제였다.
백금 대체용으로 값싼 비귀금속 촉매가 나왔지만 산성에서 부식되거나 높은 전압에서만 기능을 발휘하는 문제점을 안고 있었다.
백 교수팀이 개발한 새로운 촉매는 백금처럼 수소 전환 효율이 높고, 낮은 전압에서도 제 기능을 발휘한다. 산도의 영향을 받지 않아 어떤 환경에서도 사용할 수 있다.
합성 공정도 간단하다. 다공성 2차원 유기구조체인 `C2N`을 구성하는 단량체와 루테늄염(RuCl3)을 혼합한 후 환원 및 열처리하면 된다.
백 교수는 “재료 과학과 촉매 기술 분야의 기초에서 응용까지 광범위한 가능성을 보여 준 연구 성과”라면서 “높은 잠재 가치 때문에 다양한 산업계와 학계에서 주목할 것”이라 설명했다.
이번 연구 성과는 네이처 나노테크놀로지 13일자에 실렸다. 백 교수팀 구성원은 백 교수, 자비드 마흐무드와 펑리 에너지 및 화학공학부 박사, 정후영 연구지원본부 교수, 박노정 자연과학부 교수다.
이번 연구는 미래창조과학부의 리더 연구자 지원 사업, 교육부와 한국연구재단의 BK21 플러스 사업의 지원을 받았다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
