물 전기분해 위한 촉매 개발

↑ 샨무감 DGIST 교수가 물 전기분해를 위한 금속성 양극 촉매에 대해 설명하고 있다. <사진제공=DGIST>

대구경북과기원(DGIST) 연구진이 물을 전기분해 할 수 있는 고효율 촉매를 개발했다.
상가라주 샨무감 DGIST 에너지공학전공 교수 연구진은 물을 전기분해할 수 있는 코어·쉘 나노 구조의 고효율 전기화학적 촉매를 개발했다고 22일 밝혔다.
물을 전기분해 할 때 양극에서 산소가 발생하는 반응은 수소가 발생하는 화학반응보다 느리게 진행됐다. 이에 따라 안정적이고 효율이 높은 산소 발생 반응을 돕는 전기화학적 촉매 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 산소와 함께 에너지 자원으로 활용가능한 수소가 생성되는 물 전기분해 장치도 주목받고 있다. 지금까지 '루테늄'과 '산화이리듐'이 산소 발생 반응에 적합한 전기화학적 촉매로 알려져 왔으나 안정성 문제와 희소성으로 인해 대량의 물 전기분해에 활용하기 힘들었으며 상용화에도 한계가 있었다.
연구진은 물 전기분해시 기존의 귀금속 산화 전극을 대체할 수 있는 저가의 비귀금속 전기화학적 촉매를 개발하는 연구를 진행해왔다. 이를 통해 강한 내구성을 가지면서도 높은 효율을 나타내는 코어-쉘 나노 구조의 전기화학적 촉매를 개발했으며 물 전기분해 장치에서 산소 발생을 촉진시키는 실험으로 기존 귀금속 기반 촉매를 대체할 수 있다는 가능성도 확인했다.
샨무감 교수는 "우리가 개발한 촉매는 금속-유기 골격체(MOFs) 가운데 하나인 유기 리간드로 연결된 다량의 코발트 금속 이온으로 이뤄진 '프러시안 블루 아날로그'를 전구체로 활용해 나노탄소층으로 캡슐화시킨 것이 특징"이라며 "이러한 구조적 특성으로 인해 탄소의 내구성이 향상되고 전자의 초고속 이동과 뭉침이 없는 균일한 나노미터 사이즈의 촉매 제작이 가능했다"고 설명했다. 그는 "코어-쉘 나노 구조의 전기과학적 촉매의 나노 구조는 촉매 표면의 얇은 탄소층을 보호하고 초고속 전자 이동을 가능하게 해 촉매의 전기화학적 활성과 안정성을 향상시켰다"며 "물 전기분해 장치에 활용해 대체에너지로 주목받는 수소 대량 생산을 위한 후속 연구를 진행하겠다"고 말했다.
연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)' 지난달 11일자 온라인판에 게재됐다.
[원호섭 기자]