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‘수소’를 값싸게 얻을 수 있는 고효율 촉매를 개발하고 성능까지 평가한 연구가 나왔다.
백종범 울산과학기술원(UNIST·총장 이용훈) 에너지 및 화학공학부 교수팀은 ‘루테늄(Ru)’과 ‘다중벽 탄소나노튜브’를 결합한 ‘물 분해용 수소 촉매, Ru@MWCNT’를 개발했다고 18일 밝혔다.
이 촉매는 상용화된 백금 촉매(Pt/C)보다 여러 면에서 우수했고 합성법이 간단해 대량생산에도 적합하다는 자체 평가가 나왔다. 백 교수팀이 기존 과전압 측정 외에 ‘물 분해 시스템’의 전극을 만들어 촉매 성능을 평가한 결과 같은 조건에서 상용화된 백금 촉매(Pt/C)보다 15.6% 많은 수소가 나왔다. 백 교수는 “촉매도 우수하고 상업화에 필요한 실제 전극의 평가 방법도 제시했다”고 의미를 부여했다.
현재 수소 생산을 위해서는 대부분 천연가스 등의 화석연료를 원료로 써 생산과정에서 오염물질이 배출된다. 물을 전기로 분해해 수소와 산소를 얻는 방법이 있으나 백금처럼 값비싼 촉매가 필요하다.
백 교수팀이 개발한 촉매는 기존에 발표한 금속 유기체 촉매보다 우수한 전기화학적 특성을 보였다. 과전압의 경우 기존에 발표된 촉매 중 가장 낮았고 물의 산성·염기도에도 크게 영향을 받지 않았다. 제1저자인 권도형 UNIST 에너지공학과 석·박사통합과정 연구원은 “루테늄과 탄소나노튜브를 결합하는 기존 방법에서는 열처리 중 루테늄이 응집하면서 크기가 커졌으나 ‘루테늄 염(Ru salt)’과 ‘초산기(-COOH)’로 이를 억제해 루테늄 입자를 작고 고르게 분포시켰다”고 설명했다. 이번 연구는 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 교신저자는 백 교수와 자비드 마흐무드 UNIST 연구교수다. /고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com