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KBSI-고려대-UNIST, 수소생성 위한 친환경·고성능 촉매 개발
국내연구진이 공동연구를 통해 환경오염 없이 수소연료를 생산할 수 있는 고성능 나노입자 촉매 개발에 성공했다.

이중수차보정투과전자현미경 및 분석법 활용

[인더스트리뉴스 이건오 기자] 한국기초과학지원연구원(원장 이광식, 이하 KBSI) 지역본부 서울센터 오아람·백현석 박사팀은 고려대학교 이광렬 교수팀, 울산과학기술(UNIST) 주상훈 교수팀과의 공동연구를 통해 물을 분해해 수소를 생산하는 과정의 효율을 높이는 새로운 고성능 전극 촉매를 개발했다.

차세대 에너지원으로 각광받는 수소연료는 물의 전기 분해를 통해 친환경적으로 제조할 수 있는데, 생산 효율을 높이기 위해 투입되는 전극 촉매의 높은 가격과 낮은 내구성을 극복하기 위해 다양한 연구가 진행돼 왔다.

단색전자빔 이중수차보정 투과전자현미경을 활용해 연구 중인 KBSI 서울센터 연구진 [사진=KBSI]

공동연구진이 개발한 새로운 촉매는 백금-니켈-루테늄을 사용하여 합성한 물질로 기존 이리듐-백금 촉매 대비 15배에 이르는 촉매 활성도를 가질 뿐 아니라 10시간 이상의 장기 구동에서도 90% 이상의 성능을 유지해 이리듐-백금 촉매의 40%를 훨씬 앞서는 것으로 나타났다.

이번 연구성과는 나노/화학/재료과학기술 분야의 우수저널인 어드밴스드 머테리얼즈(Advanced Mateirals)지 온라인판(Topotactic Transformations in an Icosahedral Nanocrystal to Form Efficient Water-Splitting Catalysts)에 10월 26일 게재됐다.

공동연구를 수행한 고려대 연구팀은 촉매의 합성을, UNIST 연구팀은 전기화학실험을 통해 촉매의 특성을 파악하는 역할을 맡았다. KBSI 연구팀은 고려대 연구팀과 함께 촉매를 합성하는 한편, 나노입자의 구조를 분석해 촉매의 특성에 대한 구조적 원인을 밝혔다.

특히, 구조 분석에 활용된 KBSI 서울센터의 이중수차보정 투과전자현미경은 세계 최고수준의 공간 분해능(60 pm)을 지닌 장비로 합성된 나노입자의 구조와 성분비를 효율적으로 분석할 수 있게 해줬다. 

친환경 고성능 나노물질 전극촉매 [사진=KBSI]

KBSI 백현석 박사는 “공간분해능을 지속적으로 개선하는 분석력을 확보해 향후 단일 원자의 나노 입자내 위치를 확인하고 복잡한 구조의 나노입자의 형성 메커니즘을 규명하는 일에 매진할 계획“이라고 밝혔다.

고려대 이광렬 교수는 “이번 기술개발에 이어 촉매의 대량생산기술, 촉매의 안정적인 구동시간 연장 등에 대한 추가연구와 향후 에너지 환경기술 관련 촉매시스템 적용을 통해 환경문제 해결에도 일조하고 싶다”고 강조했다.

UNIST 주상훈 교수는 “새로운 촉매의 활성과 안정성 향상의 원리를 규명하는 연구를 계속 진행할 예정”이라고 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구사업 및 KBSI 자체 주요사업으로 수행됐다.

[이건오 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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