[뉴스웍스=문병도 기자] 최창혁 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부  교수 연구팀이 수소연료전지용 비귀금속계 촉매의 성능평가를 위한 원천기술을 확보했다.

수소를 공기 중 산소와 반응시켜 전기를 생산하는 수소연료전지에는 이들의 반응을 돕는 촉매가 필요하다. 

기존 수소연료전지는 주로 귀금속인 백금을 촉매로 사용했으나, 백금의 희소성과 높은 가격이 상용화에 큰 걸림돌이었다. 최근에는 이를 대체할 수 있는 저렴한 촉매에 관한 연구가 활발하다.

그 중 철, 질소, 탄소로 구성된 단원자 철 기반의 촉매가 효율적인 산소환원반응 촉매로 주목받고 있다. 

단원자 촉매의 성능 진단기술의 부재로 촉매 성능의 주요 결정인자인 활성점 밀도, 전환빈도 파악에 어려움을 겪고 있다.

연구팀은 철 기반 단원자 촉매에 사이안화 이온(CN-)이 비가역적으로 흡착할 수 있다는 점에 착안하여 촉매 성능 결정인자인 활성점 밀도 및 전환빈도를 측정하는 기술을 고안했다. 

특수하게 고안된 반응기를 이용하여 철 기반의 단원자 촉매에 사이안화 이온을 비가역적으로 흡착했다.

흡착된 사이안화 이온의 양을 자외-가시선(UV-Vis) 분광법으로 정량화하였고, 동시에 사이안화 이온을 비가역적으로 흡착한 촉매의 산소환원 반응성 감소량을 측정했다.

이를 통해 촉매의 활성점 밀도와 전환빈도를 성공적으로 도출할 수 있었다. 

최창혁 교수는 "최근 상용화에 근접한 철 기반 단원자 촉매의 성능평가 원천기술을 확보하였다는데 가장 큰 의의가 있다"라면서 "해당 기술을 활용하여 고활성을 가지는 산소환원 촉매 개발을 통해 미래 수소 경제 활성화에 기여할 수 있기를 기대한다"라고 말했다.

미래소재디스커버리사업, 개인기초연구사업(신진) 그리고 한국과학기술연구원의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 미국 화학회(ACS)가 발행하는 국제학술지 '오픈어세스 미국화학회지'에 지난 13일온라인 게재됐다.