2차원 소재로 친환경 수소촉매 설계법 제안

하이커뮤니티매니져 0 12 10.29

몰리브덴-텔루륨 화합물(MoTex)과 니켈수산화물 기반 수소촉매 제작 과정. ACS 제공

국내 연구팀이 2차원 소재를 활용해 값비싼 기존 귀금속 촉매를 대체할 친환경 수소 생산 촉매 설계법을 제안했다.

한국연구재단은 이원규 홍익대 신소재공학과 교수, 송봉근 화학공학과 교수팀과 김인수 한국과학기술연구원(KIST) 나노포토닉시스템연구센터 책임연구원팀이 공동으로 새로운 수소 촉매 설계법을 제안했다고 29일 밝혔다. 연구결과는 23일(현지시간) 국제학술지 '미국화학회지'에 공개됐다.

친환경 에너지원 수소를 생산하는 수전해의 핵심 화학반응인 산소발생반응은 이리듐(Ir) 등 값비싼 귀금속 촉매가 사용된다는 점이 걸림돌이다.

2차원 초박막 반도체 소자로 활용되는 '전이금속 칼코겐 화합물'은 전자 전달성이 뛰어나고 전기화학적 특성 조절이 용이해 기존 귀금속 촉매를 대체할 소재군으로 주목받는다. 전이금속 칼코겐 화합물은 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 같은 전이금속과 셀레늄(Se), 텔루륨(Te) 등 칼코겐 원소가 결합한 물질이다.

산소발생반응에서 전이금속 화합물의 표면에 산소 중간체가 너무 잘 달라붙거나 반대로 떨어지지 않는다는 점이 해결 과제다.

연구팀은 몰리브덴-텔루륨 화합물(MoTex) 내부 결함을 조절하고 반도체 성질과 금속 성질이 공존하는 '복합상'이 형성되도록 했다. MoTex 소재는 니켈수산화물 나노입자와 강하게 결합해 귀금속 촉매인 이리듐 산화물 대비 산소발생 성능이 약 25% 향상됐다. 150시간 이상의 장기안정성도 확인됐다.

연구팀이 제시한 설계법은 다양한 산소발생반응 촉매 개발에 활용될 수 있는 범용 합성법이다. 로켓 추진체나 반도체 공정 등에 사용되는 하이드라진 산화반응을 위한 수전해 촉매로도 활용할 수 있다.

이 교수는 "탄소중립과 지속가능한 에너지 전환을 앞당길 핵심 기반 기술"이라며 "친환경 수소 산업의 생태계 구축 및 에너지 혁신에 실질적인 도움을 줄 것으로 기대된다"고 말했다. 이어 "촉매성능 및 안정성을 확보해 상용 가능한 시스템으로 발전시킬 계획"이라고 밝혔다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=74791

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