이승현 과학기술융합대학 화학분자공학과 교수 연구팀이 그린수소 생산을 위한 수전해 기술 상용화의 핵심인 고효율 저비용 촉매 개발에 성공했다. 이승현 교수 연구팀은 그린수소 생산을 위한 수전해 기술로 사용되고 있는 값비싼 촉매를 대신할 수 있는 저비용 고효율 전기화학 촉매를 개발했다고 밝혔다.

태양광, 풍력 등 깨끗하고 재생 가능한 에너지원을 사용하여 전기화학적 수전해 기술로 생산되는 그린수소는 탄소중립, 청정에너지와 같은 이상적인 ‘미래 연료’ 역할을 할 수 있다. 다만 루테늄(Ru) 및 백금(Pt)와 같은 매장량이 적고 고비용의 촉매로 인한 문제점으로 대규모 발전을 저해하고 있다. 

이승현 교수팀은 이전에 보고되지 않았던 촉매의 결정구조에 대해서 결정-쉘@결정-코어의 형성보다 비정질-쉘@결정-코어의 형성이 향상된 전기화학적 활성 면적을 가져 촉매의 효과가 더욱 뛰어나다는 것을 규명하였다.

또한 높은 정확성을 가지는 컴퓨터 시뮬레이션 기술인 Density Functional Theory(DFT)를 활용하여 전기화학 촉매의 전자적 특성에 대해 계산한 결과는 전기화학 촉매 메커니즘에 대한 보다 자세한 내용을 제공하고 있다.

이번 연구에서 개발된 촉매는 알칼리성 전해질에서 고비용 촉매인 상업용 백금/루테늄 촉매보다 훨씬 낮은 전극 전위를 요구하여 전체적으로 우수한 수전해 성능을 보여주었다. 따라서 이번 연구에서 개발한 촉매는 차세대 고성능 비정질-쉘@결정-코어의 설계 합성에 효과적인 전략이 될 수 있음을 밝혀냈다.

이승현 교수는 “글로벌 이슈인 탄소중립 시대에서의 청정수소 생산 활용 중 수전해 기술 상용화에 큰 걸림돌이었던 값비싼 루테늄 및 백금 기반 전기화학 촉매를 대체할 수 있는 경제적이고 효율이 우수한 촉매 개발에 새로운 도약의 발판을 마련했다”고 말했다.

연구결과는 국제 저명 학술지인 ‘Advanced Science(IF=17.521)’ 8월호의 Front Cover로 선정됐다.