백금 대체할 루테늄 촉매…수소 생산 성능·안정성 모두 잡았다 작성일 07-13 27 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="yXKL8jgRDm"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="dcd577d5c5bfe43a8655e449fdafddefdb2ff2d0308b2fe692b78d5074b1c537" dmcf-pid="WZ9o6Aaewr" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="루테늄 원자 구조에 따른 계면 물 구조 및 작동 중 표면 상태 모식도. (연구재단 제공)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/13/etimesi/20260713120238102jers.png" data-org-width="700" dmcf-mid="xUxDiOrNDs" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/13/etimesi/20260713120238102jers.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 루테늄 원자 구조에 따른 계면 물 구조 및 작동 중 표면 상태 모식도. (연구재단 제공) </figcaption> </figure> <p contents-hash="de5e2d4c05267352498766c82e593efacf4fcced3aedd2edf4f431862abec26d" dmcf-pid="Y52gPcNdEw" dmcf-ptype="general">백금 촉매를 대신해 알칼리 수전해의 수소 생산 효율을 높일 새로운 촉매 설계 원리가 제시됐다.</p> <p contents-hash="e20d305ace794329c221d3238bf1fc7882fd1d03841b72c826bcd9b325d56f10" dmcf-pid="G1VaQkjJsD" dmcf-ptype="general">한국연구재단은 이진우 한국과학기술원(KAIST) 교수 연구팀이 한정우 서울대 교수팀, 한국에너지공대 김우열 교수팀, 조성기 KAIST 박사팀과 공동연구를 통해 루테늄 나노클러스터 촉매의 작동 중 표면 상태와 전극-전해질 계면 물 구조를 규명하고, 이를 바탕으로 음이온 교환막 수전해의 수소 생산 성능을 크게 향상시켰다고 13일 밝혔다.</p> <p contents-hash="aec8d9ae20e1a6332255a74bf616f459d1dba972d1e65512a6cfec27f3b77ff4" dmcf-pid="HtfNxEAiEE" dmcf-ptype="general">물을 전기분해해 수소를 얻는 음이온교환막 수전해 기술은 알칼리 환경에서 작동해 저렴한 셀 소재와 비귀금속 산화극 촉매를 쓸 수 있어 그린수소 생산의 핵심기술로 주목받는다. 다만 음극에서 일어나는 수소 반응은 물 분자를 먼저 쪼개 수소 중간체를 만드는 과정을 거쳐야 해 산성 조건보다 반응 속도가 느린 한계가 있다.</p> <p contents-hash="db40d154864d0fd6f0d76f387348a542ea45f49c052c83ba0d2a933d190493f9" dmcf-pid="XF4jMDcnDk" dmcf-ptype="general">연구팀은 탄소 지지체 위에 루테늄을 담지하고 열처리 온도를 조절해 단일 원자, 약 1나노미터(㎚) 서브나노미터 클러스터, 더 큰 나노클러스터까지 크기가 다른 촉매군을 합성하고, 루테늄 클러스터의 크기와 원자 구조에 따라 실제 반응 중의 표면 산화상태를 비교했다.</p> <p contents-hash="437be89a939f199da751dcc665d10b243b5cd60677397f44d21f96e0ad6e2a94" dmcf-pid="Z38ARwkLEc" dmcf-ptype="general">작동 중 X선 흡수분광 분석 결과, 약 1㎚ 루테늄 나노클러스터는 환원적인 수소 발생 조건에서도 루테늄-산소(Ru-O) 결합을 포함한 부분 산화 표면을 안정적으로 유지했다. 또 작동 중 적외선 분광 분석 결과 이 표면 상태가 반응 중간체 흡착 특성과 촉매 주변 물 분자 배열에 영향을 줘 알칼리 수소 발생 반응을 촉진함을 밝혔다.</p> <p contents-hash="6d000915ca3eec2b365561f3b419bbe7b8df964855bc0c954986d3b0377773af" dmcf-pid="506cerEomA" dmcf-ptype="general">개발된 촉매는 초기 활성을 평가하는 반쪽 전지 평가에서 매우 낮은 전압만으로도 반응을 일으켰으며, 귀금속 무게당 수소 생산 활성도 100㎷에서 11.05A/mgNM로 매우 높았다.</p> <p contents-hash="264b2c5c9bf8c5070295cedb2b3aabc95d0b40b1c91950111855a0d2f7ccad6e" dmcf-pid="1pPkdmDgsj" dmcf-ptype="general">또 상용화 환경과 유사한 단일셀 평가에서 5.34A/㎠의 높은 전류밀도를 달성하고, 실용 수준에 준하는 전류밀도인 1A/㎠에서 400시간 이상 안정적으로 작동해 실제 장치 적용 가능성을 입증했다.</p> <p contents-hash="52d3a2728329fb520a7a143627e9d64b3d9092f154de4e56a2f3659fa0677e3d" dmcf-pid="tUQEJswaIN" dmcf-ptype="general">이진우 교수는 “루테늄 촉매 크기와 원자 구조가 실제 작동 중 표면 산화상태와 계면 물 구조를 어떻게 바꾸는지 규명해 고성능 수전해 촉매 설계의 중요한 출발점이 됐다”며 “이번 연구에서 확인한 작동 중 표면 상태 역할은 향후 고성능 알칼리 수전해 촉매 설계와 그린수소 생산 기술 개발에 중요한 기반이 될 것”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="f63614785de60b6d88494bffe2eca3e9372607fb5917e0e86290be2ce794c902" dmcf-pid="FuxDiOrNwa" dmcf-ptype="general">이번 연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 '에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스'에 지난달 4일 온라인 게재됐다.</p> <p contents-hash="7c4cd7d91dc6343aec3eeb445c5bfe3f032b9442c7d7ccd6580ba81cd4219952" dmcf-pid="37MwnImjIg" dmcf-ptype="general">이인희 기자 leeih@etnews.com</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 전자신문. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 비싼 백금 대체할 '루테늄 촉매'로 그린수소 생산 효율 높여 07-13 다음 한국 리커브 양궁, 현대 월드컵 4차 대회 남녀 단체전 우승 07-13 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
