[뉴스웍스=문병도 기자] 이재영 광주과학기술원(GIST) 지구·환경공학부 교수 연구팀이 조강우 포항공대 교수팀과 함께 물에 전력을 공급해 수소를 생산하는 수전해 기술의 효율을 결정하는 새로운 결정구조의 산소발생반응 촉매를 개발했다. 

온실가스의 주성분인 이산화탄소의 배출량을 감축하기 위해 석유·석탄의 대체 에너지원으로 수소를 사용하는 기술이 주목받고 있다. 그러나

현재 수소 생산의 97% 이상은 석탄 등 화석연료의 열화학적 개질을 통해 생산되어 여전히 화석연료에 대한 의존성이 높다.

연구팀은 값비싼 백금계 금속을 사용하지 않고, 표면적이 넓은 따개비 구조와 활성점으로의 변환이 쉬운 티타니아(TiO2) 구조를 3층으로 쌓은 코발트 금속기반 촉매를 개발했다.

반응 중 확장되는 활성점과 개선된 반응물과의 흡착능으로 인해 개발된 촉매는 수전해의 효율 결정 반응인 산소발생반응에서 뛰어난 활성을 보였다.

연구팀은 실시간 방사광가속기 기반 X-선 분석을 통해 개발된 촉매에서 산소발생반응 중 비가역적 산화반응으로 촉매 내 활성점 밀도가 증가되는 현상을 관찰했다. 

촉매 구조에 존재하는 결핍된 산소는 코발트 금속의 친산소성을 높여 반응물과의 흡착이 느린 코발트 금속의 한계를 극복시켜, 산소발생반응의 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 산소발생반응용 촉매 구조 후보군을 넓혔다”면서 “이는 저에너지·친환경 수소생산의 길을 앞당겨 수소경제에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

한국연구재단, 지스트 개발과제의 지원을 받고 함가현 지스트 박사과정생과 홍석화 포항공대 박사과정생이 수행한 이번 연구 결과는 전기화학 분야의 세계적인 학술지인 ACS 에너지 레터스 1월 4일자 온라인에 게재됐다.