화학뉴스

국내 연구진이 물을 분해해 수소를 만들 수 있는 고효율 촉매를 개발했다.
울산과학기술원(UNIST) 백종범 에너지 및 화학공학부 교수팀은 루테늄(Ru)과 다중벽(MW) CNT(Carbon Nano Tube)를 결합한 물 분해용 수소 촉매 Ru@MWCNT를 개발했다고 3월18일 밝혔다.
수소는 우주 질량의 75%를 차지할 만큼 풍부한 원소로 친환경 미래 자원으로서 주목받고 있으나 현재는 수소 생산과정 대부분이 천연가스 등 화석 연료를 원료로 사용하기 때문에 오염물질이 배출되는 문제가 지적되고 있다.
물을 전기로 분해해 수소와 산소를 얻는 방법이 대안으로 제시되고 있으나 백금과 같이 고가의 촉매가 필요하기 때문에 연구팀은 백금 촉매를 대체하면서 성능이 우수하고 저렴한 수소 촉매를 꾸준히 개발해왔다.
연구팀이 개발한 Ru@MWCNT 촉매는 그동안 발표한 금속 유기체 촉매보다 우수한 전기화학적 특성을 보이고 과전압은 기존 촉매 가운데 가장 낮았으며 물의 산성·염기도에도 크게 영향을 받지 않았다.
새로운 촉매는 단일한 벽을 가진 CNT가 서로 중첩된 형태에 작은 루테늄 입자가 고르게 분포된 구조이며 우수한 성능도 구조적 특징 덕분에 확보한 것으로 알려졌다.
연구진은 해당 구조를 위한 제조공정도 개발했으며 촉매 성능평가를 위해 기존 과전압 측정 외에 물 분해 시스템의 전극으로 만들어 평가하는 방법도 진행했다.
해당 촉매를 전극으로 사용했을 때 수소 발생량을 실제 측정한 것으로 같은 조건에서 상용화된 백금 촉매보다 15.6% 많은 수소를 생산한 것을 확인했으며 촉매 효율을 나타내는 지표 가운데 하나인 패러데이 효율도 92.2%로 백금 촉매(85.9%)보다 높았다.
해당 연구는 새롭고 우수한 촉매를 개발했을 뿐만 아니라 상업화에 필요한 실제 전극의 평가 방법을 제시했다는 점에서 평가받고 있으며 합성법이 간단한 새 촉매가 대량 생산에도 적합해 실용화를 앞당길 것으로 기대를 모으고 있다.
백종범 교수는 “수소 촉매 연구는 주로 촉매 자체의 평가에 집중돼 그동안 실제 물 분해 시스템에서 평가하기 위한 연구는 미흡했다”면서 “촉매 자체 우수성은 물론 실제 적용했을 때 성능까지 짐작할 수 있다는 점에서 의미가 큰 연구”라고 강조했다.
연구 성과는 자연과학 분야 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 3월9일자로 공개됐다. (K)