일 자 | 2024. 4. 11. |
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제 목 | 수전해 수소 생산을 위한 고효율 단원자 촉매의 효율적 합성법 개발 문준혁 교수팀 연구 결과 ‘Chemical Engineering Journal’ 게재 |
내 용 (요 약) | □ 고려대학교(총장 김동원) 문준혁 교수(화공생명공학과/스마트모빌리티학부) 연구팀이 고효율로 수소를 생산할 수 있는 수전해용 전기화학촉매를 개발했다.
□ 이번 연구 성과는 문준혁 교수 연구팀이 주도했으며, 브룩헤이븐 국립 연구소(Brookhaven National Laboratory)의 참여로 진행됐다. 해당 성과는 화학공학 분야 최고 권위 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’(IF:15.1, 상위 3.51%)에 4월 3일 온라인에 게재됐다.
□ 이산화탄소를 배출하지 않는 지속 가능한 에너지 솔루션으로서, 그린 수소 생산이 주목받고 있다. 물을 전기분해 하여 수소를 생산하는 수전해 기술이 가장 대표적이며, 반응을 촉진하는 전기화학 촉매가 필수적이다. 이 기술을 상업적으로 활용하기 위해, 고가의 귀금속 촉매의 사용을 줄이려는 노력이 진행되고 있으며, 귀금속 원자를 지지체 표면에 낱개로 뿌려 귀금속의 활용도를 극대화하는 ‘단원자(single atom) 촉매’가 주목을 받고 있다.
□ 연구팀은 이번 연구에서 몰리브덴 산화물 지지체에 코발트 단원자가 함침된 촉매를 합성했다. 즉, 비귀금속 단원자를 적용했다. 연구팀은 비귀금속 코발트 단원자에서도 몰리브덴 산화물의 상호작용에 의해 수전해 활성이 많이 증가할 수 있음을 시뮬레이션을 통해 밝혀냈다.
□ 특히, 연구팀은 단원자 촉매의 형성에 있어 무정형(amorphous) 몰리브덴 산화물에서 결정형(crystalline)으로의 상변화(phase transition) 현상을 이용했다. 즉, 무정형이 갖는 느슨한 격자구조에 단원자를 함침하고 격자구조를 조이는 결정화 과정으로 안정한 단원자 촉매를 손쉽게 형성할 수 있었다.
□ 본 연구팀은 코발트 단원자/몰리브덴 산화물 촉매에서 산성/염기성 용액 모두에서 우수한 전기화학적 수소 발생 반응을 확인했다. 해당 촉매는 모두 0.1 V의 낮은 과전압을 갖는 수소 발생 반응성과 안정성을 보였다.
□ 교신저자인 문준혁 고려대 교수는 “비금속 원소 단원자 촉매를 형성하는 손쉽고 효율적인 방법을 제시했을 뿐만 아니라 산/염기에서 모두 안정하고 높은 효율을 갖는 반응성을 얻었다는 데 의의가 있다.”라고 말했다.
□ 이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업의 지원으로 이뤄졌다. |
담당부서 | 화공생명공학과/스마트모빌리티학부 문준혁 교수 (02-3290-4859) |
문 의 | 커뮤니케이션팀 (02-3290-1063) |