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울산과학기술원 박혜성-김건태-곽상규 교수팀, ‘안정성 끝판왕’ 이종구조 수전해 촉매 개발
울산과학기술원 박혜성-김건태-곽상규 교수팀, ‘안정성 끝판왕’ 이종구조 수전해 촉매 개발
  • 교수신문
  • 승인 2019.04.26 13:22
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물 분해 촉매 중에서 ‘안정성 끝판왕’ 나왔다. 울산과학기술원(UNIST) 박혜성 김건태 곽상규 교수 공동연구팀이 가혹한 환경에서도 안정적으로 물을 분해해 수소와 산소를 동시에 생산하는 ‘수전해 촉매’가 개발했다. 연구팀이 ‘전이금속칼코겐화합물’과 ‘페로브스카이트산화물’을 결합해 개발한 ‘이종구조 수전해 촉매’는 현재까지 보고된 촉매 중 안정성이 가장 뛰어나며, 만들기 쉽고 가격도 저렴한 데다 성능도 뛰어나다. 합성공정이 단순하고 대량생산도 가능해 상용화에 대한 기대도 높다.
연구에서는 몰리브덴다이셀레나이드(MoSe₂)와 란탄스트론튬코발트산화물(La0.5Sr0.5CoO3-δ)를 용기에 넣고 쇠구슬과 함께 굴리는 간단한 방법(볼밀 공정)으로 이종구조 촉매를 합성했다. 이렇게 만들어진 촉매는 수소발생반응과 산소발생반응 양쪽에서 귀금속 촉매에 근접한 성능을 보였다. 귀금속 촉매가 둘 중 한 곳에서만 우수한 성능을 보이는 것과 차별화되는 부분이다.
촉매는 가로세로 1㎝ 면적에 100밀리암페어(㎃)의 전류를 흘려도 전극 손상없이 1000시간 동안 안정적으로 작동했다.
전이금속칼코겐화합물과 페로브스카이트산화물의 이종구조에서 전이금속칼코겐화합물의 반도체 성질이 금속 성질로 변하는 독특한 상전이 현상은 이번 연구에서 최초로 발견돼 실험적 이론적으로 규명됐다. 페로브스카이트산화물(LSC)에서 전이금속칼코켄화합물(MoSe₂)로 전자가 이동하자, 전이금속칼로켄화합물의 일부 구조가 변하면서 반도체 성질이 금속 성질로 바뀐 것이다. 연구는 금속 기반 촉매에 집중됐던 수전해 촉매 연구에 새로운 시각을 제공하는 계기가 될 전망이다.
연구는 교육부의 ‘이공학개인기초연구지원사업(기본연구)’, UNIST의 ‘U-K 브랜드사업’, 과학기술정보통신부의 ‘중견연구자프로그램’, UNIST-HPC의 지원으로 진행됐다. 성과는 자연과학 분야의 세계적 권위지 ‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)’ 온라인판에 게재됐다.


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