울산과학기술원(UNIST) 연구진이 연료전지에 쓰이는 값비싼 촉매 대신 저렴하면서도 고효율·안정성을 보이는 촉매를 개발했다.
백종범 에너지 및 화학공학부 교수팀은 중국 난징대 부 윈페이 교수팀과 함께 아연(Zn)·질소(N)·탄소(C)로 이뤄진 촉매를 합성하고, 이 촉매에서 산소환원 반응이 잘 일어나는 활성 자리를 찾는 데 성공했다고 23일 밝혔다.
그동안 수소를 산소와 반응시켜 전기를 생산하는 연료전지 연구분야에서는 백금 촉매를 다른 물질로 대체하려는 시도가 많았다. 그러나 새롭게 합성한 촉매 안에서 최적화된 반응이 일어나는 구체적인 위치를 찾는 연구는 부족했다.
백 교수팀은 전이금속 촉매(ZnNC)를 합성하고, 'X-선 흡광 분석기' 등 장비를 이용해 산소환원 반응이 잘 일어나도록 도와주는 촉매 구조를 찾아냈다.
그 결과 최적화된 촉매 반응 자리가 아연 원자 하나에 질소 원자 두 개가 결합한 Zn-N₂ 구조라는 점을 알아냈다. 연구진은 이 구조의 촉매가 백금보다 산소환원 반응 속도가 우수하다는 점을 실험으로 입증했다.
백 교수는 “성능을 중시하는 기존 촉매 개발에서 벗어나 촉매 활성 자리를 정확히 규명하는 데 초점을 맞췄다”면서 “활성 자리 구조를 위주로 촉매를 설계할 수 있기 때문에 촉매 효율을 획기적으로 높일 수 있을 것”이라고 말했다.
이어 “이번 연구에 쓰인 방식을 활용하면 다른 전이금속 촉매의 활성 구조를 찾는 데도 도움이 될 것”이라고 덧붙였다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
