오랫동안 저렴하게 '수소' 뽑는다.. 전이금속 촉매 개발

(a) 티타늄 도핑된 인화 몰리브덴의 구조 및 수소 발생점의 모식도. (b, c) 수소 발생 반응에 대한 활성과 15일간의 촉매 안정성 평가결과

[아시아경제 황준호 기자] 물을 분해해 수소를 얻는 수전해에 활용되는 백금 촉매를 대체할 새로운 촉매가 개발됐다. 고가의 백금을 쓰지 않아도 돼 가격경쟁력을 갖췄으며 기존 비백금계 촉매보다 내구성이 26배나 높아 안정적인 수소 생산이 가능하다. 더욱 경제적이고 안정적으로 수소 연료를 생산할 길이 열릴 것으로 예상된다.

유성종 한국과학기술연구원 수소·연료전지연구단 박사의 연구팀은 수전해에 사용되는 백금을 대체할 전이금속 소재의 촉매를 개발했다고 20일 밝혔다. 관련 연구 논문은 국제 학술지인 나노 에너지의 최신호에 소개됐다.

연구팀은 전이금속인 인화 몰리브덴에 스프레이 열분해 공정을 적용해 소량의 티타늄을 주입해 촉매로 개발했다. 몰리브덴은 가격이 저렴하고 비교적 다루기가 쉬워, 에너지 전환 장치의 촉매제로 사용되고 있는 물질이다. 다만 몰리브덴은 쉽게 부식(산화)되는 단점이 있다.

연구팀은 새로운 촉매의 수소 발생 활성도가 백금계 촉매와 동등한 수준을 보이는 것으로 나타났다고 밝혔다. 또 전이금속계 고질적 한계였던 높은 부식성도 기존 촉매보다 26배 향상됐다고 분석했다. 합성 과정에서 각 재료의 전자구조가 완전히 재구성된 결과다.

유성종 박사는 "이번 연구는 전이금속계 촉매 기반 수전해 장치의 최대 제약이었던 안정성을 향상한 것에 의의를 찾을 수 있다"며 "전이금속계 촉매의 수소생산 효율을 백금 촉매 수준으로 끌어올림과 동시에 안정성을 동시에 향상시킨 이번 연구가 친환경 수소에너지 생산 기술의 상용화를 한 발 더 앞당기는 데 기여하기를 바란다"라고 밝혔다.

(a) 티타늄 도핑된 인화 몰리브덴 촉매 합성 방법. (b) 합성된 촉매의 구조와 티타늄 도핑 사이트 분석결과.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr