합성된 모델 촉매들의 전자현미경 사진(한국연구재단 제공)© 뉴스1

국내 연구진이 수소 생산을 위한 전극소재 설계 핵심 기술을 개발했다.한국연구재단(이사장 노정혜)은 경북대학교 화학과 최상일 교수, GIST 신소재공학부 최창혁 교수, 강원대학교 화학생물공학부 임형규 교수 공동 연구팀이 물을 분해해 수소를 얻는 과정에 대한 이론적 원리를 규명했다고 12일 밝혔다.

물에서 수소를 생산하는 수전해는 차세대 청정에너지 가운데 하나로 꼽히는 수소를 얻을 수 있는 기술로 실용화를 위한 연구가 활발하다.

그러나 수전해의 느린 반응 속도 때문에 에너지원으로 쓸 만큼 충분한 양의 수소를 얻기 위해서는 이를 개선해야 한다.

연구팀은 달걀 노른자와 흰자처럼 팔라듐 또는 팔라듐 수소화물을 백금 원자층으로 감싼 팔라듐-백금 또는 팔라듐 수소화물-백금 코어쉘(core-shell) 구조의 촉매를 고안, 백금 원자층이 두꺼워질수록 촉매의 성능이 높아지는 것을 알아냈다.단일 층부터 5개 층에 이르기까지 백금원자를 정밀하게 코팅하면서 표면 백금의 원자거리가 수소생산량에 영향을 미치는 것을 확인했다.

코어쉘 구조의 촉매를 표면 백금의 원자거리가 제어된 새로운 촉매 모델로 활용하고, 이를 통해 수소 생산반응이 백금의 원자거리에 영향을 받는 것을 알아낸 것이다.

또 내부의 팔라듐으로 인해 표면 백금의 전자구조가 변해, 수소 생산 반응에 영향을 미치는 것도 확인했다.

팔라듐 수소화물보다 팔라듐을 코어로 사용했을 때 더 높은 반응 성능을 나타내는 결과를 얻었다.

이번 연구 성과는 ‘미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)’에 지난 10월 17일 게재됐다.


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