비싼 백금 활용도 16배 높인 단일 원자촉매 개발
상태바
비싼 백금 활용도 16배 높인 단일 원자촉매 개발
  • 최경주 기자
  • 승인 2019.10.03 18:15
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

KAIST 이진우 교수팀 백금기반 촉매 개발
수전해 통한 수소 생산시 높은 성능 구현
백금 기반 단일원자 촉매의 수소생산 반응 모식도. KAIST 제공

수전해를 통해 수소를 생산할 때 귀금속인 백금의 사용량을 최소화하면서도 성능을 더 높일 수 있는 단일 원자 촉매가 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이진우 교수팀이 전기화학적으로 물을 분해(수전해)해 수소를 생산하는 과정에서 백금 사용량은 최소화하면서 활용도는 16배 높일 수 있는 백금기반 촉매를 개발했다고 3일 밝혔다.

백금 기반 촉매들은 성능과 안정성이 높아 전기화학분야 촉매로 사용되지만 비싸다는 단점이 있다.

연구팀은 백금의 활용도를 높이기 위해 백금을 단일원자 형태로 텅스텐 산화물 표면에 고분산 시켜 백금이 받는 지지체 효과를 극대화했고, 수소 생산 수전해 촉매에서 높은 성능을 구현했다. 단일 원자 촉매는 금속의 원자 하나가 지지체에 고분산된 형태의 촉매로, 모든 금속 단일 원자가 반응에 참여하기 때문에 백금의 사용량을 현저히 낮출 수 있다.

하지만 대부분의 연구가 탄소 기반 지지체에 담지된 단일 원자 촉매를 적용하고 있어 백금 활용성에 한계가 있다.

이에 연구팀은 이번에 백금과 강한 시너지 효과를 낼 수 있는 메조 다공성 텅스텐 산화물을 단일 원자 촉매의 지지체로 사용했다. 이를 통해 텅스텐 산화물에서 백금 단일 원자로 전하 이동이 일어나 백금의 전자구조가 변하는 것을 확인했다. 또 단일 원자 촉매가 갖는 ‘금속과 지지체간의 경계면 극대화’라는 독특한 특징을 활용해 백금 나노입자를 텅스텐 산화물에 담지한 촉매와 비교 실험을 진행했다.

그 결과 백금 표면에서 다른 지지체 표면으로 수소가 넘어가는 현상인 수소 스필오버 (Hydrogen spillover)가 크게 발현됨을 확인했다. 이를 통해 기존 상용 백금 촉매의 사용량을 16분의 1로 현저히 줄일 수 있었다.

이진우 교수는 “개발한 촉매는 기존 단일 원자 촉매 연구와 다른 관점에서 접근한 연구에서 학술적으로 이바지하는 바가 크다”며 “이번 연구를 통해 단일 원자 촉매 개발의 독보적인 기술을 확보했다”고 말했다.

이번 연구성과는 지난 8월 22일 세계적 화학지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie)’에 실렸다.


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.
주요기사
    이슈포토