한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 이진우 교수 연구팀이 활용도를 16배 높일 수 있는 백금 기반 촉매를 개발했다고 3일 밝혔다.
연구팀은 백금의 활용도를 높이기 위해 백금을 단일원자 형태로 텅스텐 산화물 표면에 고분산 시켜 백금이 받는 지지체 효과를 극대화, 수소 생산 수전해 촉매에서 높은 성능을 구현했다.
백금 기반 촉매는 성능과 안정성이 높아 다양한 전기화학 촉매 분야에서 활용됐지만 가격이 높아 상용화에 어려움이 있었다.
대안으로 제시되는 게 단일 원자 촉매다. 금속 원자 하나가 지지체에 분산된 형태로 모든 금속 단일 원자가 반응에 참여하기 때문에 백금 사용량을 낮출 수 있다.
연구팀은 백금과 강한 시너지 효과를 낼 수 있는 메조 다공성 텅스텐 산화물을 단일 원자 촉매 지지체로 썼다. 텅스텐 산화물에서 백금 단일 원자로 전하 이동이 일어나 백금 전자구조가 변하는 것을 확인했다고 연구팀은 설명했다.
수소 스필오버(hydrogen spillover)가 크게 발현되는 것도 확인했다. 이 현상은 백금과 같은 금속 표면에서 다른 지지체 표면으로 수소가 넘어가는 것을 지칭한다. 텅스텐 산화물 지지체 표면에서도 수소 생산 반응을 유도해 백금 활용성을 높일 수 있게 된 것이다.
실제 실험 결과 연구팀 기술은 기존 상용 백금 촉매 사용량을 16분의 1까지 줄일 수 있었다고 강조했다.
이진우 교수는 “수전해(전기화학적 물 분해)와 더불어 연료전지 기술 같은 전기화학 촉매 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다”며 “이번 연구를 통해 단일 원자 촉매 개발의 독보적인 기술을 확보했다”고 말했다.
연구는 한국연구재단 중견 연구자 지원 사업·수소에너지 혁신기술 개발 사업·기후변화 대응기술 개발 사업·미래소재 디스커버리 사업을 기반으로 수행했다.
박진규 박사과정과 이성규 박사가 공동 1 저자로 참여한 연구 논문은 ‘앙게반테 케미’(Angewandte Chemie) 8월 22일 자에 실렸다.
대전=전희진 기자
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