물을 분해해 수소를 얻는 기술의 시장성이 확보될 전망이다. 기존 촉매인 백금(Pt)보다 훨씬 싸고(4% 수준), 성능과 안정성도 높인 '그래핀 촉매' 덕분이다.
UNIST(총장 정무영) 에너지 및 화학공학부의 백종범 교수팀이 최근 물을 분해해 수소를 얻는 촉매 중 기존보다 성능과 안정성을 높인 '그래핀 촉매'를 개발했다. 이 물질은 현재 상용화된 백금 촉매를 능가하는 성능을 갖추고, 반영구적으로 사용 가능한 내구성도 지녔다. 백금 촉매를 대체할 차세대 촉매로서 가능성을 주목받고 있다.
수소는 우주 질량의 75%를 차지하는 원소로 미래 친환경 에너지 자원으로 손꼽힌다. 지금까지는 석유나 석탄, 천연가스 등에서 분리해 얻었지만 이 방법은 안정성이 낮고 환경오염을 유발했다. 이를 해결할 방법이 전기를 이용해 수소를 분리하는 것인데 귀금속에 속하는 백금을 촉매로 활용해야 하는 단점이 있었다.
백종범 교수팀은 현재 상용화된 백금을 대체할 새로운 촉매 물질을 개발했다. 연구진은 저가의 귀금속인 '루테늄 염'과 '초산기가 붙은 그래핀'을 물속에 넣고 화학반응을 일어켰다. 이 상태에서 열처리를 진행해 '루테늄엣그래핀(Ru@GnP)'을 제조했다. 금속과 그래핀 복합체를 간단한 방식으로 생산해 생산 가격이 저렴하고 물의 산·염기 농도에 관계없이 우수한 성능을 보이기 때문에 안정성 면에서도 우수했다.
백 교수는 "상업적으로 사용 가능한 촉매의 조건은 크게 고효율, 우수한 내구성, 가격 경쟁력을 꼽을 수 있다"며 "이번 연구는 지난해 네이처 나노테크놀로지에 보고한 루테늄 촉매를 한층 강화시켜 상업화에 필요한 물 분해 촉매의 세 조건을 모두 만족시킨 결과"라고 말했다.
한편 이번 연구의 제1저자는 펭 리 에너지 및 화학공학부 박사이며 전인엽 원광대 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 연구 지원은 과학기술정보통신부에서 추진하는 리더연구자지원사업과 교육부와 한국연구재단이 주관하는 BK21 플러스사업, 우수과학연구센터로 수행됐다. 연구결과는 소재 분야 권위지인 어드밴스드 머트리얼스 11월 첫 호의 속표지로 선정돼 출판됐다. 김미영기자 myidaho@