화학硏, 수소연료 생성 높인 '전극촉매' 기술 개발

값싼 이황화몰리브데넘 활용… 기존 백금촉매 대비 가격은 ↓ 생산성은 ↑

한국화학연구원이 수소연료를 생산하는 전기화학적 수소 생성반응 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 핵심 전극 촉매 설계 기술을 개발했다.

이 연구원의 탄소자원화연구소 CO2에너지벡터연구그룹 김형주 박사팀은 백금 대신 가격이 저렴한 이황화몰리브데넘의 표면을 변화시켜 수소 생성 반응의 활성 및 성능을 높일 수 있는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

'수소생성반응'은 전기화학적 반응을 통해 물로부터 수소를 생성하는 핵심 반응 기술이다.

상용 이황화몰리브데넘 촉매에 생긴 나노미터 크기의 표면 결함들에 의해 향상된 수소 생성 반응 특성 결과./자료제공=한국화학연구원

때문에 화석연료를 대체할 수 있는 기술로 주목받고 있어 전 세계적으로 연구가 활발히 진행 중이다.

기존의 경우 전극촉매로 반응 활성 및 효율이 높은 백금이 쓰여왔지만 가격이 비싸고 매장량이 적어 실제 수소의 대량 생산 기술에 적용키는 어려운 실정이었다.

때문에 우수한 활성을 지니며 동시에 낮은 가격과 풍부한 매장량을 가진 촉매의 개발이 절실히 요구되고 있던 상황이었다.

연구팀은 원자층증착기술을 활용, 이황화몰리브데넘 표면에 이산화타이타늄 원자층을 코팅한 후 그 코팅된 이산화타이타늄을 다시 전기화학적으로 떼어내면 원래의 이황화몰리브데넘 촉매 표면에 결함이 형성된다는 것을 최초로 발견하고 연구를 진행했다.


그 결과 전극 촉매 표면상에 생긴 결함은 표면에 올록볼록한 곡선을 만들어 우수한 수소 생성 반응 활성이 나타나는 것을 확인했다.

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 것으로 많은 연구자들의 관심과 주목을 받을 것으로 기대된다"고 말했다.

한편 이번 연구성과는 재료과학 분야의 세계적 권위의 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'의 지난 13일자 표지논문으로 게재됐다.