DGIST는 25일 에너지공학전공 상가라주 샨무감 교수 연구팀이 물 전기분해에 효율이 높은 코어-쉘 나노 구조 전기화학적 촉매를 개발했다고 밝혔다.

기존 연료를 재생 가능한 에너지로 전환하는 것은 중요한 이슈로, 국내외에서 양극과 음극 산화 환원 반응을 이용해 전기화학적 에너지를 생성하는 연구가 진행 중이다.

물 전기분해 때 산소는 수소보다 발생 반응이 느리다.

산소 발생 반응을 돕는 전기화학적 촉매로 루테늄과 산화이리듐이 적합한 것으로 알려졌으나 안정성, 희소성 문제로 물을 대량으로 전기분해하는 데 활용하기 어렵다.

▲ 알칼리수를 전기분해할 때 코어-쉘 나노 구조 전기화학적 촉매를 활용한 양극 표면 산소 발생 모식도.

샨무감 교수 연구팀은 미국 퍼시픽 노스웨스트 국립연구소 연구팀과 공동으로 기존 귀금속 산화 전극을 대체할 수 있는 코어-쉘 나노 구조 전기화학적 촉매를 개발했다.

물 전기분해 장치에서 산소 발생을 촉진하는 실험으로 기존 귀금속 기반 촉매를 대체할 수 있다는 가능성을 확인했다.

이 촉매는 금속-유기 골격체(MOFs) 가운데 하나인 유기 리간드와 다량 코발트 금속 이온으로 이뤄진 프러시안 블루 아날로그를 전구체로 활용해 나노탄소층으로 캡슐화한 것이 특징이다.

프러시안 블루 아날로그를 가열하면 코발트 금속 이온과 유기 리간드가 코발트 금속과 질소가 섞인 탄소층으로 변환해 코어-쉘 나노 구조를 형성한다.

이런 구조적 특성으로 탄소 내구성을 높이고 전자를 빠르게 움직이는 균일한 나노미터 크기 촉매 제작이 가능했다고 연구팀은 설명했다.

또 물 전기분해 장치 전극에서 탄소와 코발트 금속 결합은 백금, 이리듐 등 귀금속 전극보다 산소 발생 반응을 가속화해 촉매를 활성화함으로써 물을 효과적으로 분해할 수 있다고 덧붙였다.

상가라주 샨무감 교수는 "귀금속을 사용하지 않는, 경제적인 전기화학적 촉매를 개발해 장기적으로 녹색성장을 가능하게 하는 수소를 대규모로 생산할 수 있는 연구를 할 계획이다"고 말했다.

연구 결과는 신소재 분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈' 지난달 11일 자 온라인판에 실렸다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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