전북대학교 김도환 교수팀(사범대 과학교육학부, 대학원 에너지저장·변환공학과)이 저비용으로 고효율의 친환경 수소를 생산할 수 있는 촉매를 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다.

이에 따르면 김 교수팀(호아 반 히엔 연구교수, 삼바 브라바카란 박사)은 티타늄 산화물(Ti4O7) 나노 로드에 백금(Pt)과 인(P)이 이중 도핑된 니켈-몰리브덴을 결합시킨 신규 촉매(Pt, P?Ni4Mo?Ti4O7)를 개발했다.

실험을 통해 백금과 인의 농도를 각각 1.18%와 2.42%로 최적화해 수소 발생 반응에서는 10mA cm-2에서 24mV, 산소 발생 반응에서는 20mA cm-2에서 290mV라는 뛰어난 과전압 수치를 달성한 것. 이 수치는 기존 백금과 산화 이리듐 등 상용 촉매의 성능을 뛰어넘는 것이다.

특히 바닷물에도 부식 저항성이 강하고, 40시간 동안 96%의 전류 유지율을 기록하는 등 우수성까지 갖췄다. 마그네슘(Mg)/해수 배터리의 음극으로 사용 시 7.2 mW cm-2의 전력 밀도를 기록하며 100시간 동안 안정성을 유지했다.

또한 밀도범함수(DFT) 시뮬레이션을 통해 백금과 인의 도핑이 전자 구조 변화를 촉진하고, 전기 전도성을 높이며 하이브리드 촉매의 활성을 증가시켜 다양한 분야에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

한편 이번 연구 성과는 재료 과학 분야에서 세계적으로 권위 있는 학술지인 『Small』 최신호에 게재됐다.

김도환 교수는 “고효율 저비용의 고성능 촉매를 개발함으로써 친환경 수소 생산에 따른 탄소 중립 실현의 토대를 마련했다는 점이 이번 연구의 성과”라며 “이 기술이 실제 산업에 적용될 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.

/장은성 기자