울산과학기술원(UNIST)의 에너지 및 화학공학부 백종범 교수팀이 중국 연구진과 공동으로 이리듐ㆍ질소ㆍ탄소로 이루어진 수소발생 촉매를 합성하는데 성공했다.
물에 전압을 가해주면 수소가 발생하는데, 이 과정에서 수소원자를 잘 흡착 시킬 수 있고, 분자상태가 되었을 때 표면에서 잘 떨어지는 촉매가 필요하다. 그러나 촉매의 수소 흡착ㆍ탈착 특성은 반비례하기 때문에 적절한 비율의 조정을 요구한다.
기존에는 백금 촉매를 사용했으나 연구팀은 백금 촉매를 대체할 물질로 주목받는 이리듐을 이용해 고효율의 촉매를 개발했다. 이리듐은 백금에 비해 가격이 비싸지만 촉매 효율을 높이면 교체 주기가 길기에 경쟁력 있는 촉매 물질이 될 수 있다. 그런데 이리듐은 수소 원자를 흡착시키는 과정에서 높은 에너지가 필요하다.
연구팀은 이 흡착 에너지를 낮추기 위해 질소와 탄소를 이용했다. 원자에서 전자가 위치한 전자껍질을 조절하는 방법인데 이리듐 주변에 전자와 친한 성질이 큰 질소와 탄소를 배치함으로써 수소 원자를 당기는 힘을 키운 것이다.
개발된 촉매 물질의 수소 발생 성능은 기존의 백금 촉매나 순수 이리듐 촉매보다 훨씬 뛰어났으며, 교체 주기는 백금 촉매의 2배 이상 길었고, 열분석 장비로 살핀 결과 이리듐의 비율도 7%밖에 되지 않았다.
값비싼 이리듐에 값싼 탄소와 질소를 섞어 가격 경쟁력 측면에서도 큰 이점을 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
박준성 청소년 기자
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