백금 대체 값싼 수소생성 전극 촉매 개발

한국화학연구원은 탄소자원화연구소 CO2 에너지벡터연구그룹 김형주 박사팀이 물로부터 화석연료의 유망한 대체연료인 수소연료를 생산하는 전기화학적 수소 생성반응 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 핵심 전극 촉매 설계 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

이 기술은 기존 수소 생성 반응에 쓰인 백금 촉매 대신 값싼 이황화몰리브데넘 촉매의 표면을 변화시켜서 성능 및 효율을 향상시키는 기술이다.

수소생성반응은 전기화학적 반응을 통해 물로부터 수소를 생성하는 핵심 반응 기술로 화석연료를 대체할 수 있는 기술로 주목받고 있어 전 세계적으로 연구가 널리 진행중이다.

이 기술에 쓰이는 전극촉매로는 반응 활성 및 효율이 높은 백금이 쓰여왔다. 하지만 가격이 비싸고 매장량이 적어서 실제 수소의 대량 생산 기술에 적용하기에는 어려운 실정이다. 따라서 우수한 활성을 지니며 동시에 낮은 가격과 풍부한 매장량을 가진 촉매의 개발이 절실히 요구되고 있다.

김형주 박사팀은 백금 대신 가격이 저렴한 이황화몰리브데넘의 표면을 변화시켜서 수소 생성 반응의 활성 및 성능을 높일 수 있는 기술을 개발했다. 표면을 변화시키기 전 이황화몰리브데넘 촉매에는 활성 자리가 적어서 수소 생성반응 활성이 낮았다. 그러나 원자층증착기술을 활용해 이황화몰리브데넘 표면에 이산화타이타늄 원자층을 코팅한 후, 그 코팅된 이산화타이타늄을 다시 전기화학적으로 떼어내면 원래의 이황화몰리브데넘 촉매 표면에 결함이 형성된다는 것을 연구팀이 최초로 발견했다. 전극 촉매 표면상에 생긴 결함은 표면에 올록볼록한 곡선을 만들어 우수한 수소 생성 반응 활성을 보여주었다.

이번 연구성과는 재료과학 분야의 세계적 권위의 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈*’9월 13일자 해당 호의 대표 논문인 표지논문(Cover Picture Paper)으로 게재됐다.

김형주 박사는 “그동안 이황화몰리브데넘 표면을 어떻게 하면 수소생성 촉매 활성을 가지게 할 수 있는지에 대한 연구자들의 관심이 많았지만 이를 실험적으로 구현한 예는 거의 없었다”며 “이번 연구는 이를 최초로 구현한 것으로서 많은 연구자들의 관심과 주목을 받을 것으로 기대된다”고 말했다.

/대전=박희윤기자 hypark@sedaily.com