[대전타임뉴스=홍대인 기자] 충남대학교 신소재공학과 이종현 교수 연구팀이 청정 수소 생산을 위한 필수적인 고효율, 고성능 수소 발생 촉매를 개발해 반응 메커니즘을 규명하고, 수소발생 전기화학 셀을 이용, 청정 수소생산을 구현하는 데 성공했다.

이번 연구 결과는 최근 국제 저명 학술지 ‘Small Methods’ (IF: 15.367, 2022, Publisher Wiley-VCH)에 2023년 첫 발행 (Vol. 7, Issue. 1) 표지논문으로 게재됐으며, 이번 연구는 신소재공학과 정경진 박사 과정 연구원이 제1 저자, 이종현 교수가 교신 저자로 참여했다.(논문 제목: Liquid-Metal-Assisted Synthesis of Single-Crystalline TiC Nanocubes with Exposed {100} Facets for Enhanced Electrocatalytic Activity in the Hydrogen Evolution Reaction)

전 세계가 자원 고갈과 기후 변화 문제로 새로운 친환경 에너지를 찾고 있는 가운데 최근 세계에너지기구(IEA)는 수소에너지를 미래 에너지원으로 지목할 정도로 수소는 미래 에너지원으로 급부상하고 있어 다양한 연구개발이 진행되고 있다.

현재 수소에너지는 발전용, 가정용, 자동차용 등 다양한 분야에서 에너지원으로 사용될 수 있어 고성능·고내구성·저가격화를 이루는 것이 주요 기술적 목표다. 특히, 수소발생 효율을 높이기 위해 사용하는 기존 백금 기반의 촉매를 대체할 수 있는 기술 개발이 화두로 떠오르고 있다.

이에 충남대 이종현 교수 연구팀은 기존의 문헌에서 보고된 단 결정 수소발생 촉매 대비 효율이 약 30% 개선된 ‘특정 결정면 성장 티타늄 카바이드(TiC) 기반 촉매’를 개발해 자체 촉매 합성 및 수소발생 성능 평가를 수행했고, 이를 통해 비(非) 백금 기반 전이금속 촉매의 상용화 가능성을 제시했다.

또, 연구팀은 전이금속 기반의 촉매에서 특정 결정면이 수소발생 반응에서 우세한 반응을 나타낸다는 것을 확인하고 촉매의 결정면을 제어, 성장하는 촉매 합성법을 개발했다. 아울러 촉매층 내 구성 물질들 중 수소흡착/탈착 반응의 주요 인자를 밀도범함수 이론 기반의 양자역학 모델링 기법에 적용해 반응 메커니즘 또한 규명했다.

이종현 교수는 “물 분해를 통한 청정 그린 수소 생산 시, 현재 고효율, 저가격의 촉매를 개발하는 것이 가장 중요한데 이번 연구는 기존 백금 기반의 촉매를 대체할 수 있는 촉매의 개발과 이를 촉매 전극으로 구현 시 촉매층 내부의 수소발생반응 참여 인자 규명을 통해 수소경제시대 실현을 위한 새로운 소재 구조와 합성 기술을 제시한 의미 있는 연구라고 생각된다"고 말했다.

또, “이번 기술을 티타늄 외에 몰리브데늄, 텅스텐, 탄탈륨 등 비백금 기반 다양한 전이금속 기반 촉매를 개발하는 데 활용하고, 기존 백금 촉매를 대체할 수 있는 가능성을 제시함으로써 대한민국이 수소경제시대 기술 선진국으로 나아가는 데 앞장서겠다"고 말했다.

한편, 이번 연구성과 및 기술은 논문 게재 이전에 특허출원을 진행했으며, 현재 특허출원 2건이 진행 중이다.