물 분해해 수소 얻는 과정 이론적 원리 규명

염기 수전해용 백금 기반 '코어-쉘 모델' 촉매 설계

합성된 모델 촉매들의 전자현미경 사진과 팔라듐-백금 코어쉘 모델 촉매의 염기 수전해조에서의 촉매 활성정도와 요인에 대한 모식도

[아시아경제 김철현 기자] 한국연구재단(이사장 노정혜)은 최상일 경북대학교 화학과 교수, 최창혁 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 교수, 임형규 강원대학교 화학생물공학부 교수 공동 연구팀이 물을 분해해 수소를 얻는 과정에 대한 이론적 원리를 규명했다고 12일 밝혔다.

물에서 수소를 생산하는 '수전해'는 차세대 청정에너지 가운데 하나로 꼽히는 수소를 얻을 수 있는 기술로, 실용화를 위한 연구가 활발하다. 하지만 에너지원으로 쓸 만큼 충분한 양의 수소를 얻기 위해서는 수전해의 느린 반응 속도와 이에 따른 높은 전력소모를 개선하는 것이 숙제로 남아 있다.

연구팀은 마치 달걀 노른자와 흰자처럼 팔라듐 또는 팔라듐 수소화물을 백금 원자층으로 감싼 팔라듐-백금 또는 팔라듐 수소화물-백금 코어쉘 구조의 촉매를 고안하고 백금 원자층이 두꺼워질수록 촉매의 성능이 높아지는 것을 알아냈다. 또 단일층부터 다섯개층에 이르기까지 백금 원자를 정밀하게 코팅하면서 표면 백금의 원자거리가 수소생산량에 영향을 미치는 것을 알아냈다. 코어쉘 구조의 촉매를 표면 백금의 원자거리가 제어된 새로운 촉매 모델로 활용하고 이를 통해 수소생산 반응이 백금의 원자거리에 영향을 받는 것을 밝힌 것이다. 내부의 팔라듐으로 인해 표면 백금의 전자구조가 변경, 수소 생산 반응에 영향을 미치는 것도 확인할 수 있었다. 팔라듐 수소화물보다 팔라듐을 코어로 사용하였을 때 더 높은 반응 성능을 나타내는 결과를 얻었다.

연구팀 관계자는 "수소 대량생산을 위한 수전해 촉매의 설계 및 제조에 대한 새로운 아이디어를 제공함으로써 고효율, 저비용 수소 대량생산과 관련 연구개발에 활기를 불어 넣을 것으로 기대된다"고 설명했다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr