화학뉴스

국내 연구진이 초고효율로 수소를 생산할 수 있는 촉매 소재를 개발했다.
KAIST-KIST 공동연구팀은 수소 생산에 사용되는 기존 촉매에 비해 20배 이상 효율을 더 높인 신개념 3차원 나노촉매 소재 기술 개발에 성공했다.
수소경제 실현을 위해 수소를 저가에 생산하는 목적으로 고분자 전해질막 수전해 방식이 주목받고 있다.
고분자 전해질만 수전해 방식은 태양전지나 잉여 전기에너지를 이용해 물을 전기분해함으로써 친환경적으로 순도가 높은 수소를 생산하는 차세대 유망기술이다.
KAIST 신소재공학과 정연식 교수, KAIST 기계공학과 김형수 교수, KIST 박현서 박사, 연세대 안현서 교수 등 공동연구팀은 전기분해 장치의 양극에 사용되는 고가의 이리듐(Ir) 촉매 사용량을 획기적으로 감축할 수 있는 새로운 개념의 3차원 촉매 소재 기술을 개발하는데 성공했다.
이리듐 촉매는 금 수준으로 매우 고가이므로 고분자 전해질막 수전해 장치 상용화를 위해서는 사용량 감축은 물론 효율을 대폭 개선할 필요가 있어 연구팀은 3차원 프린팅과 유사한 원리인 초미세 전사프린팅 적층 기술을 활용해 성냥개비 탑(Woodpile) 형상의 3차원 이리듐 촉매 구조를 인쇄하는 기술을 개발했다.
무작위적 형상과 배열을 가지는 기존 상용 이리듐 나노입자 촉매와 달리 3차원 촉매는 규칙적 구조를 갖추고 있기 때문에 촉매 표면에서 생성된 가스 버블이 효율적으로 잘 빠져나오는 특징을 나타낸다.
성냥개비 탑 형상의 3차원 촉매를 사용하게 되면 더 적은 양의 이리듐을 사용하고도 전기분해 장치의 성능을 더 높게 구현할 수 있으며 이리듐 질량당 촉매 효율로 환산하면 20배 이상에 달하는 것으로 알려졌다.
연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 10월1일자 온라인판에 게재됐다.
KAIST 정연식 교수는 ”연구팀이 개발한 3차원 적층 프린팅 방식의 촉매 생산기술은 복잡한 화학적 합성에 주로 의존하던 기존 기술의 패러다임을 뒤집은 것”이라며 “앞으로 이산화탄소(CO2) 전환, 배기가스 감축 등 다양한 분야에 상업적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다ˮ고 강조했다. (K)