극소량 에너지로 수소 만드는 고효율 촉매 개발

김광수 UNIST 교수팀, 단일 원자를 이용한 루테늄 촉매 합성

루테늄 기반 촉매 모식도

[아시아경제 김철현 기자] 이론적인 극한값에 근접한 극소량 에너지로 수소를 생성하는 전기 촉매가 개발됐다. 울산과학기술원(UNIST·총장 정무영)은 자연과학부 화학과의 김광수 특훈교수가 이끄는 연구팀이 상업적으로 쓰이는 백금 촉매보다 탁월한 물 분해 전극 촉매 물질 개발에 성공했다고 30일 밝혔다.

현재 백금 기반 촉매는 물을 전기로 분해해 수소를 생산하는 가장 효율적인 촉매다. 하지만 백금은 고가이고 희귀한 물질이기 때문에 이를 대체하면서 상업적으로 활용 가능한 물질이 꾸준히 개발되고 있다. 하지만 지금까지 보고된 촉매의 효율은 백금과 비슷한 수준인 데다, 산성이나 염기성 매질 중 한쪽에서 성능이 저하되거나 내구성이 낮아졌다.

연구팀은 수소발생반응을 활성화시키는 능력이 탁월하면서도 산성과 염기성 용액 양쪽에서 내구성이 높은 루테늄 기반 촉매 구조를 개발했다. 슈퍼컴퓨터를 이용한 양자화학계산으로 촉매 반응 활성도가 가장 높은 루테늄 촉매 구조를 알아낸 덕분이다. 또 구 모양의 탄소 구조체인 풀러렌을 이용해 촉매를 감싸면서 안정성을 더했다. 새로 개발된 촉매는 효율을 나타내는 지표 중 하나인 패러데이 효율이 100%에 가까웠다.

김광수 교수는 "새로 개발된 촉매는 산성과 염기성 용역에서 백금 촉매를 능가하는 우수한 성능과 안정성을 보였다"며 "액체 추진 로켓이나 선박 등 다양한 환경에서 수소발생반응을 촉진하는 촉매로 사용 가능할 것"이라고 설명했다. 이번 연구성과는 에너지 분야의 권위 있는 학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'의 7월호 표지 논문으로 출판됐다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr