[오늘의 과학자]기존 백금보다 100배 싼 수소 발생 촉매제 개발

머니투데이

류준영 기자

미래 대체에너지인 수소 생산을 위해 쓰이는 기존 고가의 백금 촉매를 대체 할 수 있는 '황화니켈 촉매' 원천기술을 국내 연구진이 개발했다.

백금 촉매는 고가이다. 때문에 수소 대량 생산용으로는 적합하지 않았다. 하지만 황화니켈은 백금 대비 100배 이상 가격이 낮아 수소 생산 상용화에 큰 도움을 줄 것으로 보인다.

(사진 왼쪽부터)한국과학기술연구원(KIST) 국가기반기술연구본부 연료전지연구센터 유성종 박사, 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 이현주 교수, 서울대 화학생물공학부 성영은 교수/사진=KIST

이번 연구는 한국과학기술연구원(KIST) 국가기반기술연구본부 연료전지연구센터 유성종 박사, 서울대 화학생물공학부 성영은 교수, 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 이현주 교수로 이뤄진 공동연구팀이 추진했다.

29일 공동연구팀은 나노 크기 구조의 단결정 황화니켈을 사용해 수소 발생 시스템에서 백금을 대체했다고 밝혔다.

수소는 친환경에너지로 세계 각국에서 경쟁적으로 연구 개발을 진행중이다. 수소 발생용 전극 재료로는 백금이 가장 우수하나 비용이 높아 백금을 대체할 대체 재료 개발이 가장 시급한 과제 중에 하나였다.

공동연구팀은 백금 기반의 촉매보다 뛰어난 저가의 니켈기반 화합물에 주목했고, 계산과학에 기반한 설계를 통해 수많은 니켈 화합물 중 황화니켈이 수소발생을 위한 촉매 중 활성도가 우수하다는 것을 밝혔다.

이어 연구팀은 단결정 나노 구조의 황화니켈 화합물을 합성하는 데 성공했고 합성된 황화니켈 나노 입자의 전기화학적 활성이 극대화됨을 확인, 촉매 성능의 우수성을 규명했다.

황화니켈 화합물은 지구상에 풍부하게 존재하는 니켈을 기반으로 하기 때문에, 가격이 저렴한 것이 장점이다.

연구팀은 "니켈 금속은 가격이 ㎏당 14달러 수준에 불과하고, 단결정 황화니켈 화합물 합성조건 역시 공정이 간단해 제조비용이 백금을 사용한 기존 공정에 비해 100배 이상 저렴하다"고 설명했다.

뿐만 아니라 전기화학적 촉매 반응에 중요한 역할을 하는 분자친화도를 조절할 수 있어 연료전지 및 다른 전기화학 반응에도 적용할 수 있는 구조적 장점을 가질 것으로 기대된다.

이번 연구성과는 재료과학 분야 저명 학술지인 나노스케일 28일자 표지논문으로 게재됐다.