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한국과 영국 연구진이 협력해 값비싼 백금촉매를 대체해 수소를 대량 생산할 수 있는 새로운 촉매를 개발했다.

울산과학기술원(UNIST)는 본원의 정후영·신현석 울산과기원 교수팀과 매니시 초왈라 영국 케임브리지대 교수팀이 이같은 촉매를 공동개발했다고 15일 밝혔다.

새 촉매는 새로운 구조의 금속성 전이금속 칼코젠화물과 이황화나이오븀(NbS)을 합성해 만들어졌다. 합성 공정으로는 화학기상증착법(CVD)이 활용됐다. 해당 촉매는 기존의 이차원 전이금속 칼코젠화물보다 100배 이상 높은 촉매 전류밀도를 구현했다. 전류밀도가 높을수록 동일 전압에서 생산할 수 있는 수소량은 증가한다. 정·신 교수팀은 “실제로 수소를 만드는 전해조의 음극에 이황산화나이오븀을 적용하자, 1㎠ 면적에 1시간당 30ℓ의 수소를 방출했다”고 소개했다. 또한 “이 정도는 상용화된 백금 촉매와 비슷한 수준으로 대량으로 수소를 생산하면서 고가의 귀금속 촉매를 대체할 수 있다는 점에서 상용화 가능성이 아주 높을 것”이라고 내다봤다.



이번 연구에선 단면 주사투과전자현미경 기법을 통한 합성 촉매의 결정 구조 분석도 이뤄졌다. 그 결과 여러 층이 쌓인 적층형 이황화나이오븀의 층간에서 나이오븀 원자가 추가로 존재하는 것이 밝혀졌다. 이 추가 원자는 금속성을 갖도록 촉매를 변환시켰다. 정 교수는 “촉매의 금속성이 향상되면 수소 흡착 에너지가 작아진다”며 “흡착 에너지가 작을수록 수소 원자가 촉매 표면에 잘 달라붙어 수소 생성 반응이 활발해지므로 더 좋은 촉매가 된다”고 말했다.



이번 연구는 한국연구재단이 미래소재디스커버리사업의 일환으로 지원한 가운데 이뤄졌다. 연구결과는 국제학술지인 네이처머티리얼즈에 지난 8월 27일자로 게재됐다. /민병권기자 newsroom@sedaily.com

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