울산과학기술원(UNIST) 연구팀이 극소량의 백금만 써서 수소를 대량으로 빠르게 생산할 수 있는 촉매를 개발했다.

1일 울산과기원은 자연과학부 화학과 김광수 특훈 교수 연구팀이 상용화된 백금 촉매보다 80배 적은 양의 백금만 사용하고도 수소 생성 활성도는 100배 높이는 새로운 촉매를 개발했다고 밝혔다.

울산과기원에 따르면 수소를 얻는 대표적 방법은 물을 전기로 분해해서 산소와 수소로 만드는 '수전해 반응'이다.

▲ 울산과기원 김광수 특훈교수 연구팀

이때 수전해 반응을 도와주는 촉매가 필요한데, 현재는 백금을 주로 활용한다.

그러나 백금은 매장량에 한계가 있는 데다 가격이 비싸다.

이 때문에 백금을 더 적게 쓸 촉매를 만들거나 아예 다른 물질로 대체하려는 연구가 수소 에너지 분야의 핵심이 되고 있다고 울산과기원은 설명했다.

이를 위해 김 교수 연구팀은 질소가 도입된 탄소나노튜브에 극미량의 백금을 도포한 촉매를 개발했다.

대나무 마디처럼 생긴 이 튜브 내부에는 코발트, 철, 구리 등 금속 나노 입자들이 들어 있다.

이 성분들이 상호 작용을 통해 백금이 가진 특성을 높여 수소 발생 활성도를 증가시킨다.

원래 백금은 수소를 붙잡아두는 에너지가 적어서 물 분자에서 분해된 수소 원자가 쉽게 기체로 변하게 하는 특성이 있다.

새로 개발된 촉매는 이러한 백금의 특성을 강하게 해 수소를 붙잡아두려는 에너지를 0에 가깝게 만들어 수소 기체 생성의 효율을 높였다.

연구팀은 또 백금 원자들이 백금 나노 뭉치와 섞였을 때 촉매 표면의 전도성이 증가해 수소 발생 효율이 훨씬 높아진다는 새로운 과학적 현상을 최초로 규명했다.

김 교수는 "이번 연구의 중요성은 수소 생산 효율을 크게 높인 새 촉매를 개발했다는 점"이라며 "수소 기반 에너지 산업의 걸림돌이었던 백금 촉매의 경제성과 효율성이라는 문제를 해결할 실마리를 잡았다"고 말했다.

이번 연구 결과는 에너지 분야의 권위지인 '네이처 에너지'(Nature Energy) 7월 30일 자 온라인판에 발표됐다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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