물을 분해해 수소를 얻는 가장 경제적인 촉매가 개발됐다. 루테늄(Ru) 기반의 이 물질은 최고의 촉매로 알려진 백금과 비슷한 성능을 내면서 가격은 4% 수준으로 저렴하다.
백종범 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수팀이 루테늄과 2차원 유기 구조체인 C₂N을 합성, 새로운 물 분해 촉매(Ru@C₂N)를 개발했다고 14일 밝혔다.
물을 원료로 수소를 얻는 기술이 상업적으로 경쟁력을 가지려면 좋은 촉매가 필요하다.
물 분해 촉매는 수소변환효율이 높고, 낮은 전압에서 작동하고, 가격 면에서 경쟁력을 갖춰야한다.
특히 전기화학적으로 구동되는 물 분해 촉매는 산도(pH)에 영향 받지 않고 낮은 전압에서 수소를 발생시키는 게 필수다.
그러나 현재 수소발생반응에 사용되는 백금 촉매는 고가의 귀금속이라 가격 대비 수소 양산에 어려움이 있다. 또 염기성에서는 안정성이 낮다는 문제도 있다.
이런 문제를 해결하기 등장한 값싼 비귀금속 촉매들은 산성에서 부식되거나, 높은 전압에서 작동해 비용과 생산성 부분에서 한계가 있었다.
백종범 교수팀이 개발한 Ru@C₂N은 물 분해 촉매의 상업적 경쟁력을 모두 만족하는 고성능의 물질이다.
이 물질은 백금처럼 수소전환효율이 높고, 물을 전기분해할 때 필요한 전압이 낮아도 구동된다. 또 물의 산도에 영향 받지 않아 어떤 환경에서도 사용할 수 있다. Ru@C₂N의 합성 공정이 단순하다는 점도 장점중 하나이다.
이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 13일자(영국시간)에 게재됐다.