화학과 이효영 교수 연구팀,

단일 금속 원자-비결정 지지체 수전해 전극 촉매 기술 개발

- 지속가능한 수소 생산에 기여 가능
- 국제학술지 앙게반테케미 1.16일 온라인 게재

[사진] 제 1저자 리우양 연구원(좌), 교신저자 이효영 교수(우)

성균관대학교(총장 신동렬) 화학과 및 기초과학연구원 나노구조물리연구단(IBS-CINAP) 이효영 교수 연구팀(제1저자 리우양)이 염기성 조건에서 수소 및 산소발생효율이 높고 안정한 루테늄-비결정 코발트․니켈 지지체(Ru-amorphous-CoNi supports) 수전해 전극 촉매를 개발했다.

촉매 성능을 최대화하기 위해선 전극 지지체들에 따라 각 단일 금속 원자의 고유 활성을 강화하는 것이 매우 중요한 전제 조건 중 하나이다. 또한 수소 발생 반응시 단일 금속 원자 촉매를 지지하는 지지체가 비결정질 및 결정질에 따라 확실히 다르기에, 어느 구조가 더 효율적인 기능을 할 것인지 등에 대한 연구 조사가 필요했다.

[연구그림] 결정지지체와 비결정지지체 비교 모식도

이에 연구팀은 니켈 폼(NF)을 코발트(Co) 및 루테늄(Ru) 염들이 포함된 용액에 담근 다음 소듐보로하이드라이드(NaBH4) 용액을 방울 단위로 첨가하여 루테늄-비결정(또는 결정) 코발트․니켈(산소)수산화물(Ru-amorphous(a)-CoNi 또는 Ru-crystalline(c)-CoNi)을 제조했다. 그 결과, 결정질 지지체에 비해 비결정 지지체가 불포화 전자적 구성으로 풍부한 금속 매달림 결합을 생성해 활성 부위와 중간체 사이의 전하 전달을 가속화시켜 수소생산에 있어서 획기적으로 우수한 것으로 나타났다.

이효영 교수는 “탄소가 없는 물 분해를 통해 그린 수소 생산 경제에 한 걸음 더 다가간 것으로, 저비용, 고효율, 안정한 전기 촉매 개발로 화석 연료 정제 공정의 장기적인 과제를 극복할 것으로 기대를 모으고 있다”고 말했다.

본 연구는 세계적으로 권위 있는 화학 분야 국제학술지 앙게반트케미(Angewandte Chemie International Edition, Impact Factor 15.336)에 1.16(월) 온라인 게재되었다.