극소량 에너지로 수소 만드는 고효율 촉매 개발

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루테늄 기반의 새로운 고효율 촉매를 개발한 김광수 교수(맨 앞)와 연구진.
<루테늄 기반의 새로운 고효율 촉매를 개발한 김광수 교수(맨 앞)와 연구진.>

UNIST(총장 정무영)는 김광수 자연과학부 화학과 교수 연구팀이 질소(N)를 도핑한 그래핀 결함자리에 '루테늄(Ru) 단일원자'와 '질화 루테늄(Nitrided Ru) 나노입자'를 혼성해 백금 촉매보다 효과가 높은 새로운 물 분해 전극 촉매 물질을 개발했다고 30일 밝혔다.

백금 촉매는 효율이 높은 반면 가격이 비싸다. 연구팀은 슈퍼컴퓨터를 이용한 양자화학계산으로 촉매 반응 활성도가 가장 높은 루테늄 촉매 구조를 알아냈다. 이를 촉매 제조에 반영해 수소발생 반응을 활성화하는 동시에 산성과 염기성 용액 양쪽 모두에서 내구성을 높였다.

루테늄 기반 촉매 모식도.
<루테늄 기반 촉매 모식도.>

연구팀이 개발한 촉매는 백금 촉매를 포함해 현재까지 나온 전극 촉매 가운데 가장 낮은 7㎷ 과전압을 나타냈다. 과전압이 낮으면 에너지 소비가 적은 효율적인 촉매가 된다. 촉매 효율을 나타내는 지표 가운데 하나인 패러데이 효율은 100%에 가까웠다.

김광수 교수는 “새로 개발한 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 말했다.

울산=임동식기자 dslim@etnews.com