국내 연구진이 대체 에너지로 주목받는 수소를 지금보다 훨씬 저렴하게 생산할 수 있는 촉매를 개발했다.
서울대 재료공학부 남기태 교수와 진경석ㆍ박지민 연구원 연구팀은 같은 대학 한승우 교수, 한국기초과학지원연구원 김선희 박사와의 공동연구를 통해 물을 전기분해해 수소를 생산하는 데 쓰이는 기존 백금촉매를 대체할 수 있는 인공화합물인 `망간포스페이트'를 개발했다고 14일 밝혔다.
현재 산업에 쓰이는 수소는 대부분 백금촉매로 물을 수소와 산소로 분리하는 방법으로 만든다. 그런데 희소금속인 백금이 비싸 생산단가가 높고 제조과정이 까다로웠다.
연구팀은 자연에 존재하는 칼슘망간 클러스터 물질에 주목했다. 이 물질은 백금같은 희소금속을 이용한 촉매보다 촉매 효율이 월등히 높지만 이를 실제 촉매로 개발한 사례는 없었다. 연구팀은 칼슘망간 클러스터의 구조와 재료 특성을 분석한 후 이를 그대로 모방해 망간 기반 인공 촉매물질을 디자인했다.
이 물질은 물분해 전극 위해 저절로 조립해 만들어지는 특징이 있으며, 가로세로 수 마이크로미터, 두께 수십 나노미터의 꽃 모양으로 만들어진다. 망간은 가격이 ㎏당 2달러로 저렴한데다 촉매를 상온에서 30분만에 쉽게 합성할 수 있어서 상용화 경쟁력이 뛰어나다는 설명이다. 기존 저가형 촉매가 백금 효율의 10% 정도밖에 안 됐다면 이 촉매는 70%까지 따라잡았고, 최적화를 통해 백금 수준까지 도달할 것으로 기대된다.
연구진은 "이 촉매는 물 전기분해뿐만 아니라 연료전지ㆍ이차전지 등에 광범위하게 응용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.
이 연구는 미래창조과학부 지원 하에 이뤄졌으며, 연구결과는 화학분야 세계적 권위지인 미국 화학학회지(Journal of the American Chemical Society) 4월23일자 온라인판에 게재됐다.
안경애기자 naturean@
서울대 재료공학부 남기태 교수와 진경석ㆍ박지민 연구원 연구팀은 같은 대학 한승우 교수, 한국기초과학지원연구원 김선희 박사와의 공동연구를 통해 물을 전기분해해 수소를 생산하는 데 쓰이는 기존 백금촉매를 대체할 수 있는 인공화합물인 `망간포스페이트'를 개발했다고 14일 밝혔다.
현재 산업에 쓰이는 수소는 대부분 백금촉매로 물을 수소와 산소로 분리하는 방법으로 만든다. 그런데 희소금속인 백금이 비싸 생산단가가 높고 제조과정이 까다로웠다.
연구팀은 자연에 존재하는 칼슘망간 클러스터 물질에 주목했다. 이 물질은 백금같은 희소금속을 이용한 촉매보다 촉매 효율이 월등히 높지만 이를 실제 촉매로 개발한 사례는 없었다. 연구팀은 칼슘망간 클러스터의 구조와 재료 특성을 분석한 후 이를 그대로 모방해 망간 기반 인공 촉매물질을 디자인했다.
이 물질은 물분해 전극 위해 저절로 조립해 만들어지는 특징이 있으며, 가로세로 수 마이크로미터, 두께 수십 나노미터의 꽃 모양으로 만들어진다. 망간은 가격이 ㎏당 2달러로 저렴한데다 촉매를 상온에서 30분만에 쉽게 합성할 수 있어서 상용화 경쟁력이 뛰어나다는 설명이다. 기존 저가형 촉매가 백금 효율의 10% 정도밖에 안 됐다면 이 촉매는 70%까지 따라잡았고, 최적화를 통해 백금 수준까지 도달할 것으로 기대된다.
연구진은 "이 촉매는 물 전기분해뿐만 아니라 연료전지ㆍ이차전지 등에 광범위하게 응용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.
이 연구는 미래창조과학부 지원 하에 이뤄졌으며, 연구결과는 화학분야 세계적 권위지인 미국 화학학회지(Journal of the American Chemical Society) 4월23일자 온라인판에 게재됐다.
안경애기자 naturean@
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