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물로 수소 만드는 촉매 효율 높일 새 방법 알아냈다

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물로 수소 만드는 촉매 효율 높일 새 방법 알아냈다

2019.11.13 14:03
최상일 경북대 화학과 교수와 최창혁 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 교수, 임형규 강원대 화학생물공학부 공동연구팀은 물을 분해해 수소를 얻는 과정에서 특정 촉매의 효율을 높이는 이론적 원리를 찾아냈다. 한국연구재단 제공
최상일 경북대 화학과 교수와 최창혁 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 교수, 임형규 강원대 화학생물공학부 공동연구팀은 물을 분해해 수소를 얻는 과정에서 특정 촉매의 효율을 높이는 이론적 원리를 찾아냈다. 한국연구재단 제공

국내 연구팀이 물을 분해해 수소를 생산할 때 쓰이는 촉매의 특징을 분석해 수소 생산 효율을 높이는 방법을 개발했다.

 

최상일 경북대 화학과 교수와 최창혁 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 교수, 임형규 강원대 화학생물공학부 공동연구팀은 물을 분해해 수소를 얻는 과정에서 특정 촉매의 효율을 높이는 이론적 원리를 찾아냈다고 13일 밝혔다.

 

물에 전기를 가해 분해시켜 수소를 생산하는 수전해는 차세대 청정에너지로 꼽히는 수소를 얻을 수 있는 기술이다. 수전해로 에너지원으로 쓸 만큼 충분한 양의 수소를 얻으려면 수전해의 느린 반응속도와 이로 인한 전력 소모를 개선하는 것이 과제다. 수전해 효율을 높이기 위해 물 분해를 돕는 촉매가 주로 쓰인다. 하지만 촉매가 용액에서 작동하는 원리를 완전히 이해하지 못해 새로운 촉매를 설계하는 데 어려움이 따랐다.

 

연구팀은 달걀 속 노른자와 흰자처럼 팔라듐 혹은 팔라듐 수소화물을 백금 원자층으로 감싼 ‘코어 쉘’ 구조의 촉매 특성을 관찰했다. 이 촉매는 수전해에 주로 활용된다. 분석을 위해 연구팀은 1개부터 5개 원자가 원자층을 이루도록 백금을 정밀하게 코팅했다.

 

각 촉매의 수소생산 반응성을 평가한 결과 백금 원자층이 두꺼울수록 촉매 성능이 좋아지는 것으로 나타났다. 또 내부의 팔라듐이 표면의 백금 전자구조를 바꿔 수소생산에 영향을 미치는 것도 확인했다. 팔라듐 수소화물보다 팔라듐을 내부 핵으로 썼을 때 더 높은 반응 성능이 나타났다.

 

연구팀은 “고활성 촉매 개발을 중시하는 기존 촉매 연구와 달리 촉매의 작동 원리를 규명한 연구”라며 “수전해 촉매의 설계와 제조에 새로운 아이디어를 제공해 수소 대량생산 연구개발에 활기를 불어넣을 것”이라고 말했다.

 

이번 연구결과는 지난달 17일 ‘미국화학회지’에 실렸다.

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