나노기술 및 정책 정보

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교토(京都)대학 이학연구과, 닛폰소다(日本曹達)社 등의 연구그룹이 백금과 텅스텐의 고용합금（固溶合金) 나노 입자(백금 – 텅스텐 고용합금)의 합성에 성공함. 또한 백금 – 텅스텐 고용합금을 이용한 물의 전기 분해를 통한 ‘수소 발생 반응(HER, Hydrogen evolution reaction)에 있어 세계 최고 수준의 촉매 활성을 달성함. HER은 백금 원자 상에서의 양성자(수소 이온) 환원 반응과 이후의 흡착 수소 원자 간의 결합 반응에 의해 물로부터 수소 가스를 발생하는 반응으로, 화석 연료를 대체할 청정 연료인 수소 제조의 한 방법으로 매우 중요한 기술임. HER에 있어 백금은 가장 높은 활성 원소로 알려져 있지만, 백금의 존재량은 매우 낮아 값비싼 백금을 이용한 촉매에 대해 효율화가 요구되고 있음. 개발된 백금 – 텅스텐의 새로운 고용합금은 10mA/cm2의 전류 밀도에 필요한 과전압이 기존의 백금 단체의 촉매와 비교하여 70% 정도로, 고효율 수소 발생 촉매라는 것이 확인됨. 또한, 단위 백금 질량당 수소 발생 효율이 백금보다 3.6배 높았으며 성능이 획기적으로 향상됨을 확인함. 본 연구 성과는 새로운 고용합금 재료의 창출 가능성을 시사하는 것으로, 향후 백금 대비 텅스텐 함량을 증량시킴으로써, 백금의 활성 사이트가 증가하게 되면 더욱 활성화시킬 수 있을 것으로 예상됨. 고성능 HER 촉매 실현은 청정 연료 수소의 효율적인 생산에 응용이 가능하며 안전하고 친환경적인 사회의 실현에 기여할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Journal of the American Chemical Society’ (“Significant Enhancement of Hydrogen Evolution Reaction Activity by Negatively Charged Pt through Light Doping of W”) 지에 게재됨.