극소량의 에너지로 수소를 생성하는 전기 촉매를 개발한 UNIST 김광수(오른쪽 네번째) 교수 연구팀. /사진제공=UNIST이론적인 극한값에 근접한 극소량 에너지로 수소를 생성하는 전기 촉매가 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST)은 이 대학 자연과학부 화학과의 김광수 특훈교수가 이끄는 연구팀이 상업적으로 쓰이는 백금 촉매보다 탁월한 물 분해 전극 촉매 물질 개발에 성공했다고 30일 밝혔다.
현재 백금 기반 촉매는 물을 전기로 분해해 수소를 생산하는 가장 효율적인 촉매다. 하지만 백금은 고가이고 희귀해 이를 대체하면서 상업적으로 활용 가능한 물질이 꾸준히 개발되고 있다. 그러나 지금까지 보고된 촉매의 효율은 백금과 비슷한 수준인 데다, 산성이나 염기성 매질 중 한쪽에서 성능이 저하되거나 내구성이 낮아졌다.
연구팀은 수소 발생 반응을 활성화하는 능력이 탁월하면서도, 산성과 염기성 용액 양쪽에서 내구성이 높은 루테늄 기반 촉매 구조를 개발했다. 슈퍼컴퓨터를 이용한 양자화학 계산으로 촉매 반응 활성도가 가장 높은 루테늄 촉매 구조를 알아낸 덕분이다. 또 구 모양의 탄소 구조체인 풀러렌을 이용해 촉매를 감싸면서 안정성을 더했다.
새로 개발된 촉매는 산·염기성 매질에서 상업용 백금 촉매(Pt/C)를 포함한 알려진 전극 촉매 중 가장 낮은 7㎷의 과전압 과전압을 기록했다. 과전압이 낮을수록 수소 생성에 드는 에너지 소비가 적은 효율적인 촉매가 된다. 새로운 촉매는 또 촉매 효율을 나타내는 지표 중 하나인 패러데이 효율이 100%에 가까웠다.
김광수 교수는 “새로 개발된 촉매는 산성과 염기성 용역에서 백금 촉매를 능가하는 우수한 성능과 안정성을 보였다”며 “액체 추진 로켓이나 선박 등 다양한 환경에서 수소 발생 반응을 촉진하는 촉매로 사용 가능할 것”이라고 밝혔다.
/울산=장지승기자 jjs@sedaily.com
