루테늄엣그래핀 촉매를 개발한 UNIST 펭 리(왼쪽) 박사와 백종범 교수. /사진제공=UNIST새로운 촉매 개발로 물을 분해해 수소를 얻는 기술의 시장성이 확보될 전망이다.
울산과학기술원(UNIST)은 에너지 및 화학공학부 백종범 교수팀이 백금 가격의 4% 수준인 루테늄(Ru)을 그래핀에 담은 새로운 촉매 물질 루테늄엣그래핀(Ru@GnP)을 개발했다고 12일 밝혔다. 이 물질은 현재 상용화된 백금 촉매를 능가하는 성능을 갖추고 반영구적으로 사용 가능한 내구성도 지녀 백금 촉매를 대체할 차세대 촉매로서 가능성을 주목받고 있다.
수소는 미래친환경 에너지 자원으로 손꼽힌다. 그러나 현재 사용되는 수소는 석유나 석탄, 천연가스 등의 화석연료에서 분리해 얻는 게 대부분이다. 이 방법은 제조단가는 낮지만 수송비가 많이 들고 환경오염도 유발한다. 이를 해결할 대안으로 전기를 이용해 물에서 수소를 분리하는 방법이 주목받고 있다. 물의 전기분해에서 고효율을 달성하려면 수소 발생 반응이 일어나는데 필요한 최소 전압이 낮고 반응속도가 빨라야 한다. 지금까지 두 조건을 만족하는 가장 우수한 물질로 백금이 꼽혔지만 귀금속이라 비싸고 물에서 전기화학적 안정성이 낮아서 조금씩 닳는 문제가 있었다.
루테늄엣그래핀 촉매는 물 분해 반응에 필요한 과전압을 백금 촉매보다 더 낮추는 성능을 보였다. 또 물의 산·염기 농도(pH)에 따라 크게 영향을 받는 기존 백금 촉매와 달리 대체로 일정한 성능을 보였다.
백 교수는 “금속과 그래핀 복합체를 저렴하게 대량 생산할 길을 개척하고 이를 통해 상업적 경쟁력을 갖춘 물 분해 촉매를 개발한 것”이라며 “물의 산·염기 농도와 관계 없이 우수한 성능을 보이기 때문에 다양한 환경에서도 사용할 수 있다”고 전했다.
이번 연구의 제1저자는 펭 리 UNIST 에너지 및 화학공학부 박사이며 전인엽 원광대 교수가 공동 교신저자로 참여했다.
