작성일 : 19-11-26 14:35
UNIST 김광수 교수 연구팀, 물의 전기분해용 고효율 촉매 개발 , 전기 덜 쓰고 값싼 촉매로 수소 에너지 만들다
 글쓴이 : happy
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물을 수소로 분해할 때 전기를 적게 쓰면서 효율을 높이는 촉매가 개발됐다.

UNIST(총장 이용훈)는 김광수 교수 연구팀의 전기분해에 쓰일 '철·코발트 인산(FeCoPO₄)' 촉매를 만들었다고 25일 밝혔다. 

물을 전기로 분해하면 수소와 산소가 발생한다. 이때 산소의 발생 속도를 높이는 데 산화이리듐(IrO₂)과 산화루테늄(RuO2)이 쓰인다. 그러나 이것들은 뛰어난 성능에 비해 안정성이 낮다. 주성분인 이리듐과 루테늄이 비싸다는 것도 단점이다. 

연구팀의 촉매는 산화 그래핀 지지대 위에 값싼 철(Fe), 코발트(Co), 인산(P)이 들어간다. 철·코발트-인산 촉매에서 산소 발생 반응은 철과 코발트 원자 위에서 일어난다. 이 원자 주위의 전자 분포와 화학결합이 반응 효율을 결정한다. 연구팀은 인산이 산소 반응 효율을 최적화하도록 슈퍼컴퓨터로 계산했다. 이후 물질을 합성해 실험에서 입증했다.

실험 결과, 철·코발트 인산 촉매의 효율은 상업용으로 쓰이는 산화이리듐 촉매보다 25% 이상 높았다. 촉매 반응을 일으키기 위해 필요한 추가 전기 에너지의 양(과전압)은 촉매 237mV다. 산화이리듐의 과전압은 303mV다. 

새롭게 합성된 물질은 안정성도 뛰어났다. 5000번 이상 반응한 후에도 구조적으로 크게 변하지 않았다. 70시간 동안 반응을 지속해도 반응성이 떨어지지 않았다. 촉매를 구성하는 산화 그래핀 지지체가 철·코발트와 인산의 낮은 전기 전도도를 보완했다.

김광수 교수 "값비싼 상용 촉매보다 산소 발생 반응성이 훨씬 개선되면서 수백 배 저렴한 촉매"라며 "연료전지 등 여러 친환경 에너지 물질의 촉매를 개발하는 데도 유용할 것"이라고 말했다.

연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 실렸다.


이론적으로 예측된 철·코발트 인산(FeCoPO) 촉매 물질의 구조. 철(Fe)은 노란색, 코발트(Co)는 파란색, 인산(P)은 보라색, 산소(O)는 빨간색, 수소(H)는 하얀색으로 표시됐다. 첨가된 인산은 철과 코발트 주변의 전자 배치 분포와 화학결합 상태를 바꿔 금속 활성 사이트의 산소 환원 전위를 낮추어 준다. <그림=UNIST 제공 >