나노기술 및 정책 정보

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교토(京都)대학 대학원 이학연구과 연구그룹이 고활성·고내구성을 갖는 물 전기 분해 촉매를 개발함.

연구진은 산성 용액 중에서의 물의 완전 분해를 고활성·장시간 촉진하는 루테늄–이리듐(Ru-Ir) 합금 전극 촉매를 개발하는 데 성공함.

본 촉매는 산호 모양을 한 나노 구조체로, 3nm(3×10–9m) 정도의 Ru-Ir 합금 나노 시트의 집합체임. 물의 전기 분해는 음극에서의 수소 발생 반응(Hydrogen Evolution Reaction, HER)과 양극에서의 산소 발생 반응(Oxygen Evolution Reaction, OER)으로 구성되며, HER는 백금(Pt), OER은 Ir로 널리 연구되고 있음.

한편, Ru도 높은 OER 활성을 갖는 것으로 알려져 있지만, 산성 용액에서는 반응 전위에서 현저하게 용출되어 촉매 활성이 급격히 나빠지는 것이 문제였음. 개발된 산호 모양 RuIr 나노 합금(RuIr 나노 코랄)은 HER, OER 반응에 대해 매우 높은 활성을 갖는 것 이외에 매우 높은 내구성을 나타냈으며, 기존 Pt와 IrO2(산화이리듐)를 사용했을 때 보다 저비용·고성능 물 전기 분해를 실현함.

본 연구 성과로 인해 보다 저비용으로 고활성·고내구성을 갖는 OER 촉매가 개발되어 물 전기 시스템이 보급될 경우, 현재 화석 연료를 주원료로 하여 생산되는 수소 제조 구조가 변경되어, 에너지로서의 수소의 순환형 사회가 실현될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Nature Communications(Efficient overall water splitting in acid with anisotropic metal nanosheets)에 게재됨.