'쇼트키 접합' 촉매반응 효율 혁신적 향상
국내 연구진이 지구상에서 가장 풍부한 바닷물을 활용해 탄소배출 없는 '그린수소'를 생산할 수 있는 가능성을 확인했다.
광주과학기술원(GIST) 화학과 서준혁 교수연구팀과 포항공대 한정우 교수팀은 바닷물로 수소와 산소를 발생시키는 '고효율 수전해 촉매'를 개발하는 데 성공했다고 27일 밝혔다.
연구팀은 고효율의 물 분해반응 촉매로 알려진 '니켈-텅스텐질화물'에 '니켈-산화철수산화물' 층을 형성시켜 반도체에서 금속으로 전자이동을 향상시키는 '쇼트키 접합'(Schottky junction)을 통해 전자이동을 향상시키는 기술을 개발했다. 연구팀이 개발한 이번 쇼트키 접합은 '니켈-텅스텐질화물'보다 2.8배 높은 전자 전달 효율을 보였다.
쇼트키 접합은 전자를 매우 효율적으로 이동시켜 전극 표면의 산소 발생 효율을 증가시켰다. 고효율의 환원 전극과 산화 전극을 이용해 해수 분해 전지로 활용할 수 있음이 확인됐다. 해수 분해 안정성 실험 결과, 0.1A 기준에서 0.2V 과전압만을 필요로 하며, 고가의 산화루테늄 촉매보다 더 좋은 효율의 산소발생 반응성을 보였다.
또 '니켈-산화철수산화물'은 0.01A 기준에서 0.01V 과전압을 필요로 하며 백금 촉매를 능가하는 수소발생 반응성을 보였다. 연구팀은 10일 동안 진행한 실제 바닷물 분해 반응에서 0.2V의 과전압만으로 0.1A의 높은 효율에 도달하는 실험 결과를 얻었고, 고효율, 고안정성 촉매의 상용화 가능성을 확인했다.
서준혁 교수는 "이번 연구 성과는 수전해 촉매기술개발 연구 분야에서 전극촉매의 이종접합 계면에 쇼트키 접합을 형성하는 새로운 기술을 도입해 촉매반응 효율을 혁신적으로 향상시켰다는 데 의의가 있다"면서 "향후 수전해 촉매를 활용해 그린 수소를 생산하거나 산소를 공급하는 설비 제작으로의 상용화 가능성을 기대해 볼 수 있다"고 밝혔다.
화학과 서준혁 교수가 지도하고 셀바라지 시니바산 박사후 연구원과 임태완 박사과정 학생이 수행한 이번 연구는 환경 분야 상위 1% 이내 논문인 'Applied Catalysis B: Environmental'에 지난달 30일자 온라인으로 게재됐다.
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