물로 수소 만드는 고효율 촉매 개발

2018.11.12 13:56
이미지 확대하기백종범 울산과학기술원 교수팀의 연구성과를 담은 과학저널 ‘어드밴스드 머티리얼스’의 표지사진. 루테늄(황색)이 그래핀(육각형 그물 구조) 위에 올라간 모습을 나타냈다. 울산과학기술원 제공.
백종범 울산과학기술원(UNIST) 교수팀의 연구성과를 담은 과학저널 ‘어드밴스드 머티리얼스’의 표지사진. 루테늄(황색)이 그래핀(육각형 그물 구조) 위에 올라간 모습을 나타냈다. 울산과학기술원 제공.

수소를 얻는 가장 편리한 방법은 물을 전기로 분해하는 것이다. 더 적은 에너지로 더 많은 수소를 생산하기 위해 촉매를 사용하는 경우가 많은데, 효율이 좋다고 알려진 ‘백금’은 가격이 비싸 생산비를 높이는 원인이 됐다.

 

울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부의 백종범 교수팀은 백금 가격의 4%에 해당하는 ‘루테늄’을 ‘그래핀’(평면 탄소 덩어리) 신소재로 감싸 신소재 ‘루테인엣그레인(Ru@GnP)’을 새롭게 개발하는데 성공했다고 12일 밝혔다.

 

수소를 만드는 방법은 천연가스 등을 화학적으로 개질해 수소를 뽑아내는 방법, 물을 전기로 분해하는 방법이 꼽힌다. 전기로 수소를 생산하려면 반응속도를 최대한 높여야 하는데, 이 과정에서 촉매금속이 필수적으로 들어갔다. 현재까지 백금이 가장 좋은 소재로 꼽혔지만 귀금속이라 값이 비싸고 전기화학적 안정성이 낮아서 물속에서 조금씩 녹아 없어지는 문제도 있었다. 백금을 대신할 비(非)귀금속 기반 촉매 연구도 많으나, 물에서 부식이 되는 문제로 백금을 완전히 대체하긴 어려웠다.

 

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 루테인엣그레인을 개발했다. 실험결과 이 소재는 수소새산 반응을 높이는 효과가 더 뛰어났다. 물의 산성이나 염기성 농도가 높아지면 효율이 떨어지는 백금 촉매와 달리, 대체로 일정한 성능을 보였다. 더구나 촉매 표면에 불순물이 생기는 것을 막아 반영구적으로 사용할 수 있다는 점도 확인했다.

 

백 교수는 “상업적으로 사용 가능한 촉매의 조건은 크게 효율이 높고 내구성이 뛰어나며 가격경쟁력이 높아야 하는데 이번 연구에서 이 세 가지 조건을 모두 충족할 수 있었다”고 말했다.

 

이 연구결과는 소재 분야 국제학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 11월 첫 호에 속표지 논문으로 소개됐다.

 

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