전북대학교 김도환 교수팀(과학교육학부)이 수소를 고효율로 저렴하게 생산할 수 있는 고성능 촉매를 개발해 세계 학계의 주목을 받고 있다.

23일 전북대에 따르면 김 교수와 다오 티 후옌 박사과정생, 살림 시트라 박사과정생은 니켈-철 나노시트를 중층으로 쌓은 수산화물(LDH) 구조의 물 분해 촉매(def-Ru-NiFe LDH/NiCo2O4)를 개발했다.

이는 일반적으로 귀금속(백금, 이리듐, 루테늄 등)이 사용되는 고가의 상용 촉매 가격을 획기적으로 낮출 수 있는 방법이다.

이번 연구 결과는 재료 분야 세계 최고 권위 학술지 중 하나인 『Chemical Engineering Journal)(IF=15.1)』의 최신호에 게재됐다.

이 기술은 니켈-코발트(NiCo2O4) 나노와이어 위에 루테늄을 소량 도핑해 니켈-철 나노시트를 결합한 중층 구조의 수산화물(LDH) 구조 합성으로, 높은 촉매 활성을 갖는 물 분해 촉매(def-Ru-NiFe LDH/NiCo2O4)를 기존에 상용되고 있는 상용 촉매 대비 절반 이하의 비용으로 제조하는 방법을 제시한 것이다.

또한 전산 모델링를 통해 전하밀도 변화를 분석하고, 수전해 과정에서의 전극 표면 반응 메카니즘을 원자 수준에서 규명했다.

제조된 물 분해 촉매는 기존에 널리 사용되고 있는 상업용 촉매인 IrO2‖Pt/C(~1.61V @10mAcm-2)에 비해 낮은 1.58V(@ 10 mA cm-2)의 셀전압을 보였다. 특히 내구성 측면에서도 매우 뛰어나 60시간 동안 작동 후에도 초기 성능이 유지돼 상용화가 가능할 것으로 보인다.

김도환 교수는 “미래 수소경제사회를 위해 반드시 해결해야 하는 핵심 기술인 고활성 그린수소를 저비용으로 생산할 수 있는 원천기술을 마련했다는 데 이번 연구의 의미가 있다”며 “그린수소를 고효율로 저렴하게 생산할 수 있는 고성능 촉매를 개발함으로써 탄소중립실현에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.

/장은성 기자