백금 단가 3% 수준 레늄 기반 나노촉매 클러스터 개발
경상국립대학교는 윤석민 화학과 교수 연구팀이 값비싼 백금보다 효율적으로 물 전기분해 반응을 일으키는 레늄 금속 기반 나노 촉매 개발에 성공했다고 26일 밝혔다.
물 분해를 통한 수소 생산은 청정한 수소를 얻기 위해 산업에서 가장 널리 쓰이는 방법이다. 다만 수소 공급원인 수소 이온(H+)이 상대적으로 부족한 알칼린 전해조에서 빠른 반응으로 수소를 발생시키기 어렵다는 문제가 있다.
연구팀은 알칼린 전해조에서 레늄에 미량의 백금과 니켈을 각각 5중량퍼센트(wt%) 도핑한 레늄 기반 나노촉매 클러스터(Pt-Ni@Re)를 합성해 백금 촉매보다 물 분해에서 낮은 과전압과 빠른 반응 속도를 달성했다.
이 새로운 촉매는 백금 단가의 약 3%에 불과하기 때문에 수소 생산 비용을 현저히 줄일 수 있을 뿐더러 5A/㎠에 가까운 높은 전류밀도에서도 안정적으로 수전해를 유지하는 뛰어난 내구성도 보여줘 대규모 그린수소 생산을 위한 지속 가능한 방법을 제공한다는 게 연구팀 설명이다.
연구팀은 경희대 화학과 양지은 교수 연구팀과 공동연구를 통해 이 촉매가 1.4V의 낮은 과전압에서도 효율적으로 물을 분해할 수 있음을 입증했다.
또 울산대 정재훈 교수 연구팀과 공동연구로 레늄 기반 촉매가 소량의 타 전이금속이 도핑됐을 때 백금보다도 효율적으로 전기화학적 물 분해를 시킬 수 있다는 메커니즘을 규명했다.
연구팀은 “이 연구는 산업적 응용 가능성이 매우 높으며 수소 에너지 분야에서의 새로운 변혁을 가져올 것으로 예상된다”면서 “수소 생산의 비용 효율성과 지속 가능성을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 갖추고 있어 그린수소의 대량 생산 및 활용에 중대한 전환점이 될 것으로 기대된다”고 전했다.
한편 이번 연구 성과는 우수성을 인정받아 엘스비어에서 발행하는 촉매 분야 최상위급 SCI 학술지인 '어플라이드 카탈리시스(Applied Catalysis) B: 환경 및 에너지(JCR 랭킹 상위 0.9%)'에 게재됐다.
노동균 기자 defrost@etnews.com
