< 산소원자가 결핍된 티타니아 구조를 닯은 코발트-안티모니 산화물 ⓒ 지스트 >

[한국기술뉴스] 지스트(광주과학기술원)  지구․환경공학부 이재영 교수 연구팀은 포항공과대학교 조강우 교수 연구팀과 공동연구로 수소를 생산하는 새로운 결정구조의 산소 발생 반응 촉매를 개발하는 데 성공했다.

석유·석탄 대체 에너지원으로 수소를 사용하는 기술이 주목받고 있다. 그러나 현재 수소는 석탄 등 화석 연료를 열화학적 개질해 생산하고 있다. 여전히 화석연료에 의존하고 있다.

연구팀은 값비싼 백금계 금속을 사용하지 않고 표면적이 넓은 따개비 구조와 활성점으로 변환이 쉬운 티타니아 구조를 3층으로 쌓은 코발트 금속 기반 촉매를 개발했다. 반응 중 확장되는 활성점과 개선된 반응물과 흡착능으로 인해  개발된 촉매는 수전해 효율 결정 반응인 산소 발생 반응에서 뛰어난 활성(기존 코발트 금속 촉매보다 100mV의 낮은 과전압)을 보였다.

연구팀은 실시간 방사광가속기 기반 X-선 분석을 통해 개발된 촉매에서 산소 발생 반응 중 비가역적 산화 반응으로 촉매 내 활성점 밀도가 증가되는 현상을 관찰했다.  또한 촉매 구조에 존재하는 결핍된 산소는 코발트 금속의 친산소성을 높여 반응물과 흡착이 느린 코발트 금속의 한계를 극복 시켜, 산소 발생 반응의 속도를 개선함으로써 촉매 활성 증대 원인을 규명했다. 이로 인해 수전해 에너지 효율이 기존보다 13% 향상되어 전력량 대비 수소생산량을 증대시켰다.

이재영 교수와 조강우 교수는 “삼층 따개비 모양의 새로운 촉매구조를 제안하고 반응기작을 규명함으로써 고효율 산소 발생 반응용 촉매 구조 후보군을 넓혔다”면서, “이는 저에너지/친환경 수소생산의 길을 앞당겨 수소경제에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구성과는 전기화학 분야 학술지인 ACS Energy Letters (2019년 영향력 지수: 19.003 / Physical Chemistry (6/159 상위 3.7%) 1월 4일 자 온라인에 게재됐다.