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국내 연구진이 물로 수소를 만들 때 쓰는 촉매를 '엣지' 있게 만들었음. 연구진은 이 촉매가 백금보다 성능이 좋으며 용액이 산성·염기성과 상관없이 1500시간 동안 안정적으로 작동했다고 설명함.

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부의 김건태·곽상규·백종범 교수팀이 루테늄 기반의 수소생산 촉매를 개발함.

순수한 물은 전기가 통하지 않기 때문에 전기화학 반응을 일으키기 위해서 염기성이나 산성 전해질을 첨가함. 촉매는 이 때 반응에 필요한 에너지를 줄여주는 물질임. 소모되는 에너지를 많이 줄여줄수록 효율적인 촉매임. 하지만 물 분해와 같은 각종 전기화학반응을 상업적으로 이용하려면 효율성과 더불어 장시간 동안 작동할 수 있는 내구성을 갖춰야 함.

연구진은 백금을 대체할 촉매 금속으로 루테늄에 주목했음. 연구진은 루테늄 금속을 2차원 탄소물질 그래핀의 모서리(edge)에만 선택적으로 결합시켰음. 그래핀 가장자리에만 질소를 첨가해 루테늄이 달라붙도록 한 것임. 질소는 전자를 받으려는 성질이 강하고 루테늄은 전자를 주려는 성질을 이용했음.

연구진은 이렇게 해서 효율이 높으면서도 모든 산도(pH)에서 내구성이 강한 루테늄 기반 촉매 구조를 개발함.

실험결과 이 촉매는 용액이 산성·염기성·중성 상관없이 물 전기 분해 시스템 적용시 1500시간동안 안정적으로 작동했음.

백금 촉매는 염기성을 띈 물에서 내구성이 떨어지지만 연구진이 개발한 촉매는 산성과 염기성, 중성 용액에서도 잘 작동함. 김정원 석·박사통합과정 연구원은 "실험 결과 이산화탄소를 포집하고 수소와 전기를 생산하는 시스템에서 수소 발생 효율을 알 수 있는 전류밀도 값도 백금보다 높았다"고 말함.

본 연구 성과는 ‘Nano Energy’ 지에 게재됨.