나노기술 및 정책 정보

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● 고려대학교 화학과 이광렬 교수, 한국과학기술연구원(KIST) 유성종 책임연구원, 한국과학기술원(KAIST) 정유성 교수 공동 연구팀이 친환경적이면서 획기적으로 절감된 가격으로 그린수소를 생산하기 위한 고효율의 나노촉매를 개발

● 개발된 나노입자는 백금이 소량 도입된 루테늄 산화물로, 기존에 사용되고 있던 상용 이리듐, 루테늄 산화물 촉매를 뛰어넘는 고효율의 산소발생반응용 산화극 촉매

● 화석연료를 통해 얻는 그레이(gray) 수소는 1kg의 수소를 생산하는데 이산화탄소 10kg을 배출하는 데 반해, 수전해를 통해 생산되는 그린수소는 이산화탄소 배출이 없어 탄소중립 실현을 위해 효율적인 수전해 기술 개발은 필수인 상황

● 수전해 성능 향상에는 고효율 산소 발생 촉매가 필요하며, 이에 이리듐 산화물이 주로 사용되고 있지만, 이리듐은 가격이 비싸(루테늄의 약 7배, 백금의 약 4배) 이를 대체할 물질의 개발이 시급함.

● 루테늄 산화물은 이리듐 산화물에 비해 전기화학적 산소발생 반응에 높은 활성을 나타내지만, 전기화학적으로 불안정하여 실제 수전해 구동 환경에서 전해질 내에 쉽게 용출되어 사용하기 어려움.

● 이에 연구팀은 루테늄 산화물 표면에 소량의 백금을 도입하고, 이를 산성 전해질의 산소발생반응용 촉매로 사용하여 높은 에너지 효율과 장시간 구동에도 안정적인 내구성을 나타냄을 입증

● 새로 개발한 루테늄 산화물 기반 나노촉매를 고분자전해질 수전해 시스템에 적용 시, 전압 범위 2.0V에서 상용 이리듐 산화물 촉매 대비 2.5배 이상 증가한 수전해 성능을 나타냄.

● 특히, 루테늄 기반의 나노촉매는 상용 이리듐 산화물 촉매보다 귀금속 사용량 대비 11배 이상의 우수성을 나타내며, 장시간 구동에도 안정적인 촉매 활성을 나타냄.

● 연구팀은 해당 기술이 기존의 상용 촉매를 대체할 차세대 나노촉매의 발전으로 이어질 수 있을 것으로 기대

※ 용어설명

- 수전해(water Electrolysis): 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 기술

- 나노촉매(nanocatalysis): 원자, 분자 혹은 초분자로 이루어져 화학반응에 활성을 갖는 나노미터(nm) 크기의 입자체

※ Energy & Environmental Science 게재(2021.11.12.), “Safeguarding the RuO2 phase against lattice oxygen oxidation during acidic water electrooxidation”