[투데이에너지 장성혁 기자] 백금 촉매와 비슷한 성능을 가지면서 가격은 백금 대비 4% 수준의 경제적인 촉매가 개발됐다.
UNIST(총장 정무영)는 백종범 에너지 및 화학공학부 교수팀이 이끄는 연구진이 물을 분해해 수소를 얻는 가장 경제적인 촉매를 개발했다고 14일 밝혔다.
연구진은 루테늄(Ru)과 2차원 유기구조체 C2N을 합성해 수소를 얻을 수 있는 물 분해 촉매을 개발했다. 물의 산도(pH)에도 영향을 받지 않아 촉매로 쓰기에 적절하다는 평가다. 이 물질은 C2N에 루테늄을 붙여 ‘Ru@C2N’으로 명명됐으며 13일 나노과학 분야 세계 최고 권위지인 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)에 공개됐다.
물에서 수소를 얻는 기술이 경쟁력을 갖기 위해서는 촉매 역할이 매우 중요하다. 기능적인 효과는 물론이고 값싸게 이용할 수 있어야 한다. 그러나 현재 수소발생 반응 시 고가 귀금속인 백금 촉매가 사용돼 수소생산 시 상업적 경쟁력이 떨어진다.
백 교수팀이 개발한 물질은 기능성과 경제성을 모두 확보했다는 점에서 주목된다. 촉매로서 수소변환율과 내구성, 낮은 전압에서의 작동 능력 등 기능성이 뛰어나고 가격이 경제적이다.
그럼에도 공정은 단순하다. 백 교수팀은 다공성 2차원 유기구조인 C2N을 구성하는 단량체와 루테늄 염(RuCl3)을 단순히 교반시켰다. 이후 환원 및 열처리하면 Ru@C2N 촉매가 생성된다.
백종범 교수는 “이번 연구는 재료과학기술분야에 새로운 방향을 제시할 뿐 아니라 기초부터 응용까지 광범위한 가능성을 보여준다”라며 “이 물질은 학문과 과학기술의 잠재적 가치 덕분에 많은 분야에서 곧바로 주목받을 것”이라고 말했다.
이번 논문의 제1저자는 자비드 마흐무드(Javeed Mahmood) UNIST 에너지 및 화학공학부 박사와 펭 리(Feng Li) 박사다. 교신 저자는 백종범 교수와 정후영 UNIST 연구지원본부 교수, 박노정 UNIST 자연과학부 교수다.
한편 이번에 개발된 물질의 실용화까지는 약 3~5년이 걸릴 것으로 보고 있다. 연구진은 다양한 금속과 유기구조체 간 조합을 통해 보다 값싸고 효율이 높은 물 분해 촉매 개발을 위해 산업계와의 교류를 강화해 나갈 방침이다.
