값비싼 백금 사용량을 최소로 줄이면서도 성능은 높인 수소 생산 촉매가 개발됐다. 물을 수소와 산소로 분해하기 위해 사용하는 촉매 기술이 한단계 더 진보했다.
한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 이진우 생명화학공학과 교수팀이 백금 활용을 최소화한 전기화학적 물분해(수전해)용 촉매 개발에 성공했다고 3일 밝혔다.
백금 기반 촉매는 성능과 안정성이 높아 다양한 전기화학 촉매 분야에서 활용된다. 그러나 가격이 높아 상용화에는 어려움이 있었다.
연구팀은 백금을 단일원자 형태로 텅스텐 산화물 표면에 분산시키는 방법을 썼다. 단일 원자 촉매는 모든 금속 단일 원자가 반응에 참여한다. 이 덕분에 백금 사용량을 현저하게 줄일 수 있다.
지지체로는 백금과 강한 시너지 효과를 낼 수 있는 '메조 다공성 텅스텐 산화물'을 사용했다. 이 경우 산화물에서 백금 단일 원자로 전하 이동이 일어나 백금 전자구조가 변한다. 또 수소가 백금 표면에서 지지체 표면으로 넘어가는 '수소 스필오버(Hydrogen spillover)' 현상이 크게 발현된다.
연구팀은 이들을 통해 기존 상용 백금 촉매 사용량을 16분의 1로 현저히 줄여도 높은 성능을 낼 수 있다고 설명했다.
연구팀은 이번 연구를 수전해뿐만 아니라 연료전지 기술과 같은 다양한 전기화학 촉매 분야에 응용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
이진우 교수는 “개발 촉매는 기존 단일 원자 촉매 연구와 다른 관점에서 접근한 연구로 학술적으로 이바지하는 바가 크다”며 “단일 원자 촉매 개발의 독보적인 기술을 확보했다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
