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중국 칭화(淸華)-버클리 선전(深圳) 대학 류비루(劉碧彔), 청후이밍(成會明) 교수 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 높은 통과 량으로 2차원 이황화 몰리브덴(MoS2) 슬러리 전기 촉매를 제조하는 방법 개발하였는데 동 방법으로 제조한 2차원 이황화 몰리브덴 베이스 전기 촉매는 양호한 전기 분해 물로 생성시킨 수소 활성을 보유하고 있으며, 1Acm-2의 대 전류 밀도 하에서 필요한 과전압은 412mV 밖에 되지 않고 있으며 양호한 안정성을 나타내고 있는 상황임.

동시에 동 방법은 저렴한 원가의 광물 자연 자원을 원자재로 제조한 전기 촉매로 확장할 수 있으며, 지금까지 보도된 제조 속도가 제일 신속하고 원가가 제일 저렴한 방법 중의 하나에 속하고 있는 상황임.

이번 연구는 2차원 소재의 공업 응용 및 원가가 저렴한 대 저장 량 광석 등 자연자원의 고부가가치 응용 개발을 추진하는 면에서 중요한 의미를 보유하고 있는 상황임.

현재 전기로 물 분해를 하여 수소를 제조하는 방법은 재생 가능한 에너지 전환 및 지속가능한 성장을 추진하는 면에서의 효과적인 전략 중의 하나가 되고 있으며, 전기로 물을 분해하여 수소를 제조하는 기술면에서 직면한 제일 큰 과제는 높은 에너지 소모와 높은 원가를 해결해야 하는 과제이기 때문에 효율성이 높고 원가가 저렴한 전기 촉매 개발과 사용은 전기로 물을 분해하여 수소를 생성시키는 기술의 대규모 공업 응용을 실현하는 전제 조건이 되고 있는 상황임.

백금 베이스 촉매는 공인(公認)하는 제일 효과적인 "전기로 물을 분해하여 수소를 생성시키는 촉매"에 속하지만 백금의 낮은 저장량은 원가를 대폭 향상시키고 있으며, 이런 상황은 백금의 대규모 공업 사용을 제한하고 있는 상황이며, 최근 년 간 개발한 효과적이고 원가가 저렴한 대 전류를 통해 수소를 생성시키는 전기 촉매 및 양산 제조 방법은 공업화가 된 "전기로 물을 분해하여 수소를 생성시키는 기술" 개발 및 응용을 추진하는 면에서의 중요한 연구 방향이 되고 있는 상황임.

연구팀은 2차원 소재에 대한 양산 및 대 전류 밀도의 전기로 물을 분해하여 수소를 생성시키는 촉매 디자인을 실행하는 기초연구 성과를 기반으로 하고, 높은 통과 량, 확대 양산이 가능한 2차원 소재 대 전류를 통해 수소를 생성시키는 전기 촉매 제조 방법을 개발하였는데 동 방법으로 제조한 이황화 몰리브덴 베이스 전기 촉매가 1000mAcm-2 전류 밀도를 구동할 때 필요한 과전압은 412mV(0.5 M H2SO4의 산성 시스템 속)와 440mV(1.0 M KOH의 알칼리성 시스템 속) 수준 밖에 되지 않는 것으로 나타났음.

연구팀이 개발한 촉매는 대 전류 밀도 하에서 우수한 안정성을 보유하고 있으며, 전기로 물을 분해하는 우수한 성능을 보유하고 있는 것으로 나타났으며, 연구팀은 원가가 저렴한 몰리브덴 광물 등 자연자원을 원자재로 사용하여 전기 촉매를 개발하였는데 관련 측정 테스트를 통해 연구팀이 개발한 광물 베이스 전기 촉매는 우수한 전기 촉매 성능 및 확대 생산 능력을 보유하고 있는 것으로 나타났으며, 그 중 사용된 몰리브덴 광물 원가는 백금 가격의 10만 분의 1 수준밖에 되지 않고 있기 때문에 원가가 저렴하고 성능이 높은 전기 촉매제의 공업화 응용을 대폭 추진하게 될 것으로 전망되고 있음.

연구팀이 개발한 방법은 현재 제일 효율적인 2차원 소재를 이용하여 전기 촉매를 제조하는 방법으로서 제조 속도는 이미 보도된 결과에 비해 1-2등급이나 더 높은 것으로 나타났으며, 취득한 전기 촉매는 현재 대 전류 밀도 하에서의 성능이 제일 우수한 촉매 중의 하나에 속하는 것으로 나타났음.

연구팀의 관련 연구 결과는 2차원 소재의 산업화 응용 및 원가가 저렴한 광물 자연자원의 고부가가치 응용을 추진하는 면에서 중요한 의미를 보유하고 있으며, 연구팀이 제시한 관련 전략은 기타 소재 및 반응 시스템 속에서 한층 더 확대 응용될 것으로 전망됨.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ ("High-Throughput Production of Cheap Mineral-Based Two-Dimensional Electrocatalysts for High-Current-Density Hydrogen Evolution") 지에 게재됨.