GIST, 3층 코발트 활성 촉매로 고효율 수소 생산

▲산소 원자가 결핍된 티타니아의 구조를 닮은 코발트-안티모니 산화물 물분해 전극 촉매는 산소발생반응의 반응물 흡착과 활성점으로의 전환이 용이하다. 이로 인해 활발한 전기화학적 산소 발생이 가능해져 효율적 수소생산에 기여 가능하다. (사진제공=광주과학기술원)

광주과학기술원(GIST)은 지구·환경공학부 이재영 교수 연구팀이 포항공과대학교 조강우 교수팀과 함께 수전해 기술의 효율을 결정하는 새로운 결정구조의 산소발생 반응(수소발생 반응의 짝반응) 촉매를 개발하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

물을 전기화학적으로 분해하는 수전해 기술은 신재생 에너지와의 결합을 통해 화석연료와 이산화탄소의 배출에서 자유로워질 수 있으며, 고순도의 수소생산이 가능하다는 큰 장점이 있다.

연구팀은 값비싼 백금계 금속을 사용하지 않고, 표면적이 넓은 따개비 구조와 활성점으로의 변환이 쉬운 티타니아(TiO2) 구조를 3층으로 쌓은 코발트 금속기반 촉매를 개발했다. 반응 중 확장되는 활성점과 개선된 반응물과의 흡착능으로 개발된 촉매는 수전해의 효율 결정 반응인 산소발생 반응에서 뛰어난 활성(기존 코발트 금속 촉매보다 100mV의 낮은 과전압)을 보였다.

또한 촉매 구조에 존재하는 결핍된 산소는 코발트 금속의 친산소성을 높여 반응물과의 흡착이 느린 코발트 금속의 한계를 극복하게 만들어, 산소발생 반응의 속도를 개선함으로써 촉매 활성 증대 원인을 규명했다. 이로 인해 수전해 에너지 효율이 기존보다 13% 향상해 전력량 대비 수소생산량을 증대했다.

이번 연구는 한국연구재단, 지스트 개발과제 지원을 받았으며, 전기화학 분야의 학술지인 ACS Energy Letters 4일 자 온라인에 게재됐다.