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그린 수소 앞당길 고성능 촉매 개발...전기 적게 들고 수질오염 해결
그린 수소 앞당길 고성능 촉매 개발...전기 적게 들고 수질오염 해결
  • 이진수 기자
  • 승인 2021.11.01 16:20
  • 댓글 0
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[더리포트=이진수기자] 물 대신 폐수 속 풍부한 요소를 분해해 수소를 생산하는 방식을 앞당길 촉매가 개발됐다.

기초과학연구원 나노구조물리 연구단 이효영 부연구단장은 단일금속원자를 다량 탑재해 요소 산화 반응을 앞당길 고성능 촉매를 개발했다. 

1일 기초과학연구원에 따르면 이번 개발로 물 분해 방식보다 낮은 전력으로 수소 생산량을 늘릴 수 있어 그린 수소 생산에 새로운 방향성을 제시한 것으로 평가된다. 또한 요소가 풍부한 폐수를 이용해 수소를 생산하면 그린 수소 생산뿐만 아니라 수질 오염 문제를 완화할 것으로 기대된다.

요소 산화 반응의 속도를 높이는 촉매로 귀금속 기반 백금(Pt) 및 로듐(Rh) 금속 촉매가 쓰이지만, 매우 고가이며 장기간 작동 시 촉매 성능 및 안정성이 좋지 않다. 이에 최근 탁월한 활성반응을 나타내는 단일 원자 촉매에 주목하고 있지만, 쉽게 이동하여 응집되는 경향으로 인해 많은 양의 단일 원자들을 탑재할 수 없는 문제가 있었다.

요소 산화 반응을 앞당길 고성능 촉매를 개발한 연구진. (왼쪽부터) 쿠마 아쉬와니 (제 1공동 저자), 이효영 교수 (교신 저자), 리우 싱휘 (제 1공동 저자). (기초과학연구원)
요소 산화 반응을 앞당길 고성능 촉매를 개발한 연구진. (왼쪽부터) 쿠마 아쉬와니 (제 1공동 저자), 이효영 교수 (교신 저자), 리우 싱휘 (제 1공동 저자). (기초과학연구원)

연구진은 단일 금속 원자의 초고중량 탑재 및 안정화를 위해 새로운 표면 변형 전략 방법을 개발했다. 급하게 냉각된 산화물 지지체 표면은 열팽창으로 인해 변형이 발생하고, 이런 표면에 로듐 단일 원자를 기존 중량대비 2배 더 많이 올려 안정화했다.

나아가 연구진은 로듐뿐만 아니라 백금, 이리듐 및 루테늄 기반 단일 원자들도 변형된 표면에서 고중량 탑재가 가능한 것을 발견했다. 또한 물을 분해해 수소를 얻는 수전해 방법에 비해 더 낮은 전압에서 수소가 발생되고 100시간 동안 장기간 안정성을 보였다.

이효영 부연구단장은 “고효율 요소 산화 전기 촉매를 통해 단일 원자 촉매 분야에서 오랜 문제였던 고중량 탑재 및 안정화를 해결했다.”라며 “고순도 수소를 저렴한 가격과 친환경적인 방식으로 생산이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구 결과는 환경·에너지 분야 세계적인 권위지인 에너지 & 환경 과학 (Energy & Environmental Science) 誌에 9월 30일 온라인 게재됐다.


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