백금 대체할 철 촉매를 개발한 UNIST 연구진(왼쪽부터 정후영 교수, 백종범 교수, 자비드 마흐무드 박사, 김석진 연구원, 김창민 연구원, 김건태 교수) /사진제굥=UNIST수소로 전기를 만드는 연료전지에는 반드시 촉매가 필요하다. 지금까지는 비싼 귀금속인 백금을 사용했는데, 이를 값싼 금속으로 대체할 길이 열렸다. 나노물질로 철을 누에고치처럼 감싸는 신기술이 개발된 덕분이다.
울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부의 백종범 교수팀과 김건태 교수팀이 2차원 유기고분자를 이용해 백금을 능가하는 철 촉매를 개발했다고 8일 밝혔다. 2차원 유기고분자가 철을 누에고치처럼 완벽하게 감싸서 철을 안정적으로 보호한 게 핵심이다.
연구팀에 따르면 연료전지는 수소를 공기 중 산소와 반응시켜 전기를 만들고 물만 배출하는 장치다. 화석연료와 달리 유해한 물질을 배출하지 않아 미래 친환경에너지산업을 이끌어갈 가장 중요한 기술로 여겨진다. 연료전지로 전기를 생산하려면 산소가 물로 바뀌는 과정(산소환원반응)이 꼭 필요하다. 이때 화학 반응은 촉매 없이 진행되지 않아 연료전지에는 백금 등이 촉매로 반드시 들어간다.
백금은 쉽게 반응하지 않는데다 촉매로서도 우수한 성능을 보인다. 하지만 귀금속이라 비싼데다 매장량의 한계가 있고, 오래 사용하면 녹아버리는 등 안정성도 낮아 백금을 대체하려는 시도가 꾸준히 진행됐다.
백종범 교수팀은 백금을 대체할 물질로 값싼 철을 이용하는 방법을 찾았다. 철을 2차원 유기고분자(씨투엔(C₂N)로 꽁꽁 감싸서 다른 물질과 녹슬지 않도록 안정성을 확보한 것이다. 이 촉매는 백금과 같은 성능을 나타내는 것은 물론 반영구적으로 쓸 수 있는 안정성까지 확보했다.
백 교수는 “이번 기술은 연료전지와 금속-공기전지의 상업화에 가장 큰 걸림돌인 귀금속 촉매의 가격과 안정성 두 마리 토끼를 한 번에 잡았다”고 말했다. 그는 이어 “백금을 대체할 정도로 우수한 철 촉매를 개발한 이번 기술은 ‘현대판 연금술’이라고 불릴 정도로 새로운 발견”이라며 “반응물질과 직접 접촉하지 않더라도 촉매 작용이 가능한 새로운 과학적 현상을 처음 입증하면서 전 세계에 우리나라의 우수한 연구역량도 알렸다”고 덧붙였다.
