홍익대 연구진, 백금 대체용 수전해 촉매 개발 성공

저차원 반도체 '이텔루륨화 몰리브덴' 촉매 설계 실험적 구현 이론 증명 달성

[프라임경제] 환경오염으로 친환경 연료인 수소가 주목받으면서 기존 물의 전기 분해에 필요한 전력을 낮추기 위해 사용됐던 백금 대체용 촉매 개발을 성공했다고 5일 밝혔다.

촉매 제조 과정 모식도 © 홍익대학교

화석 연료를 기반해 부산물로 이산화탄소가 생성되는 그레이‧블루 수소와 달리 그린 수소는 물 분자를 산소와 수소로 분해하는 수전해 기술을 활용해 궁극의 친환경 에너지 생산 방식이다.

이때 물의 전기 분해에 필요한 전력을 낮추기 위해 전기화학적 촉매 재료의 개발은 수전해 기술의 양산화를 위한 핵심 기술이다.

국내외 연구진들은 매장량이 적고 가격 경쟁력이 낮은 백금 기반 촉매를 대체하기 위한 수소 발생용 전기 화학 촉매 개발에 대한 연구를 진행했다.

이원규 홍익대학교 신소재공학과 교수팀은 선행 연구로서 이황화 몰리브덴의 응력 조절에 의해 유도된 재료 내부의 부분적 변화와 결함 생성을 통해 전기화학적으로 반응성이 낮은 다층 MoS2의 촉매 성능을 백금 수준 이상으로 향상시킬 수 있다는 연구 결과를 도출했다.

또 해당 연구 성과를 국제학술지 나노 레터스 (Nano Letters)에 표지논문으로 올린 바 있다.

해당 재료 시스템에서는 MoS2의 황 (S) 원자를 일부 제거하는 탈황 (desulfurization) 공정을 통해 수소 원자의 흡착 반응 사이트 (active site)를 의도적으로 생성하였으며, 이를 통하여 MoS2의 전기화학적 활성화를 유도했다.

(왼쪽 위에서부터) 이원규 홍익대 신소재공학과 교수, 송봉근 홍익대 화학공학과 교수, 이유진 학생, 이수현 학생, 한선경 학생, 박지헌 학생 © 홍익대학교

이원규 교수 연구팀은 실험적으로 달성한 초고효율의 전기화학적 촉매 성능을 이론적으로 증명했다. 해당 연구팀의 연구 결과는 국제 저명 학술지 'ACS Energy Letters' 온라인 판에 지난달 19일 게재됐다.

한편, 해당 연구는 홍익대학교의 학술연구진흥비와 한국연구재단의 우수 신진 연구 사업의 지원을 받아 수행됐다.