비싼 백금 대체할 '루테늄 촉매'로 그린수소 생산 효율 높여 작성일 07-13 26 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="BxEPzex2Rc"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="2785ef02d98a7e006bfa356197cbaef64de997af8fc61387c687cff221eed7ce" dmcf-pid="bMDQqdMVLA" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="왼쪽부터 이진우 KAIST 생명화학공학과 교수, 김지원 박사과정생(제1저자). 한국연구재단 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/13/dongascience/20260713120211147mqpw.png" data-org-width="680" dmcf-mid="qSUhAySrMk" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/13/dongascience/20260713120211147mqpw.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 왼쪽부터 이진우 KAIST 생명화학공학과 교수, 김지원 박사과정생(제1저자). 한국연구재단 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="b7d412549830e40242fd2508f796802292d0c6a3d1600e637dc9feb8493f724b" dmcf-pid="KRwxBJRfnj" dmcf-ptype="general">물을 전기분해해 수소를 얻는 수전해 수소 생산에 쓰이는 비싼 백금 촉매를 쓰지 않고도 수소 생산 효율을 높일 수 있는 새로운 촉매 설계 원리가 제시됐다. </p> <p contents-hash="bb59e7a76f3d5af5bdb2a9e4b4f8096b29c0a98c738a2cfbf5d60e4cb6765198" dmcf-pid="9erMbie4JN" dmcf-ptype="general">한국연구재단은 이진우 KAIST 생명화학공학과 교수 연구팀이 한정우 서울대 교수팀, 김우열 한국에너지공대 교수팀, 조성기 한국과학기술연구원(KIST) 수소·연료전지연구단 책임연구원팀과 공동 연구를 통해 루테늄 나노클러스터 촉매의 작동 중 표면 상태와 전극-전해질 계면 물 구조를 규명하고 이를 바탕으로 음이온 교환막 수전해의 수소 생산 성능을 향상시켰다고 13일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스’에 지난달 4일 온라인 게재됐다.</p> <p contents-hash="e3079f141e3b6b3334beb95978239b8b15d06144e33e656f500443dd0f15c041" dmcf-pid="2dmRKnd8La" dmcf-ptype="general">물을 전기 분해해 수소를 얻는 음이온교환막 수전해 기술은 알칼리 환경에서 작동한다. 저렴한 셀 소재와 비귀금속 산화극 촉매를 쓸 수 있어 그린수소 생산의 핵심기술로 주목받는다. 음극에서 일어나는 수소 반응은 물 분자를 먼저 쪼개 수소 중간체를 만드는 과정을 거쳐야 하기 때문에 산성 조건보다 반응 속도가 느린 한계가 있다.</p> <p contents-hash="7b210306b9ab7c72e9cd161c2fac4fa1a4308b391929018d19d93384ac0ffea0" dmcf-pid="VJse9LJ6ig" dmcf-ptype="general">연구팀은 탄소 지지체 위에 백금보다 저렴한 금속인 루테늄을 균일하게 올려놓고 열처리 온도를 조절해 단일 원자, 약 1nm(나노미터, 1nm는 10억분의 1m) 서브나노미터 클러스터, 더 큰 나노클러스터 등 여러 크기의 촉매군을 합성했다. 서브나노미터 클러스터는 1nm 이하의 금속 원자 집합체를 의미한다. </p> <p contents-hash="5c6acfec3da3657d47dc667292bfd6996907e6626fd43c1baa667752b2799a0b" dmcf-pid="fiOd2oiPJo" dmcf-ptype="general">그 다음 X선 흡수분광 분석을 진행한 결과 약 1nm 루테늄 나노클러스터는 환원적인 수소 발생 조건에서도 루테늄-산소 결합을 포함한 부분 산화 표면을 안정적으로 유지했다. 적외선 분광 분석 결과에서는 부분 산화 표면 상태가 반응 중간체 흡착 특성과 촉매 주변 물 분자 배열에 영향을 줘 알칼리 수소 발생 반응을 촉진한다는 점이 확인됐다. </p> <p contents-hash="f22593a04359a4d13860ae7f8767e49090959ba154401d93956b7adc6a884170" dmcf-pid="4glL8jgRdL" dmcf-ptype="general">개발된 촉매는 초기 활성을 평가하는 반쪽 전지 평가에서 매우 낮은 전압(과전압 20mV(밀리볼트))만으로도 반응을 일으켰다. 귀금속 무게당 수소 생산 활성은 100mV에서 귀금속 1mg당 11.05A(암페어)로 매우 높았다. </p> <p contents-hash="04cfb6ea669fb34e5dc9fde870f09edf53d6f98a7b649d8435e6f97bd2ab8099" dmcf-pid="8aSo6AaeMn" dmcf-ptype="general"> 상용화 환경과 유사한 단일셀 평가에서 5.34A/㎠의 높은 전류밀도를 달성하고 실용 수준에 준하는 전류밀도인 1A/㎠에서는 400시간 이상 안정적으로 작동해 실제 장치 적용 가능성을 입증했다.</p> <p contents-hash="cabbbaa78c343e444d2ffb35339e36acc2ddab57b8bbc374dfb9287081c66e1b" dmcf-pid="6NvgPcNddi" dmcf-ptype="general">이 교수는 “이번 연구는 루테늄 촉매의 크기와 원자 구조가 실제 작동 중 표면 산화 상태와 계면 물 구조를 어떻게 바꾸는지 규명해 고성능 수전해 촉매 설계의 중요한 출발점이 됐다”며 “이번 연구에서 확인한 작동 중 표면 상태의 역할은 향후 고성능 알칼리 수전해 촉매 설계와 그린수소 생산 기술 개발에 중요한 기반이 될 것”이라고 설명했다.</p> <p contents-hash="8f26fe4634c7808f2fb1af136c879ffa3f700566aec4be6cae4c3736c53c2a0c" dmcf-pid="PjTaQkjJeJ" dmcf-ptype="general"><참고 자료><br> doi.org/10.1039/d6ee01604a</p> <p contents-hash="59e59d1836cc08d44964658341c9b346502e4f3f35196cdd2feb0631b269b254" dmcf-pid="QAyNxEAiRd" dmcf-ptype="general">[문세영 기자 moon09@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 “건강보험 거짓 청구 잡아낸다”…정부, 가짜 진료‧환자기획조사 실시 07-13 다음 백금 대체할 루테늄 촉매…수소 생산 성능·안정성 모두 잡았다 07-13 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
