한국연구재단은 아주대학교 유성주 교수 연구팀이 수소 생산 촉매의 성능을 결정짓는 값비싼 백금 원자를 단 하나도 낭비하지 않고 서로 뭉치지 않는 단일원자 상태로 안정적으로 유지하는 기술을 개발해 소재 활용 효율을 이론적 한계치까지 끌어올렸다고 밝혔습니다.

수소 생산에 쓰이는 백금은 원자 하나 수준으로 분산시키면 모든 원자가 반응에 참여할 수 있어 효율이 극대화됩니다.

하지만 실제 반응 환경에서는 백금 원자들이 다시 뭉치려는 성질이 강해, 성능이 급격히 떨어지는 문제가 있었습니다.

연구팀은 이 뭉침 현상이 언제, 어떤 조건에서 시작되는지를 원자 수준에서 분석해 백금 원자가 서로 붙지 않고 단일원자 상태를 유지할 수 있는 구조적 임계점을 찾아냈습니다.

이를 통해 실제 수소 생산 조건에서도 백금 원자의 뭉침을 원천적으로 차단하는 데 성공했습니다.

그 결과, 단 1그램의 백금만으로도 기존 나노입자 촉매 82그램에 해당하는 수소 생산 성능을 구현했습니다.

투입된 백금 원자 100%가 반응에 참여하는 이론적 한계치의 활용 효율을 실현한 것입니다.

연구팀은 이 기술을 통해 고가의 백금 사용량을 크게 줄이면서도 수소 생산 효율을 유지할 수 있음을 입증했다고 설명했습니다.

특히 이 기술을 활용하면 복잡한 공정 없이 비교적 단순한 합성 방식으로 촉매 제조가 가능하고, 장시간 구동에서도 성능 저하 없이 안정적인 효율을 유지하는 점도 확인했습니다.

이 기술은 소재의 물리적 한계를 예측하고 제어해 태양광을 직접 활용하는 수소 생산 시스템 등 다양한 친환경 에너지 공정에 적용 가능성이 크다는 평가입니다.

유성주 교수는 "이번 성과가 촉매 성능 저하의 근본 원인을 원자 단위에서 규명하고, 이를 제어하는 설계 전략을 제시했다는 점에서 의미가 크다"며, "고가 귀금속의 활용도를 극대화해 수소 생산 비용을 낮추는 데 기여할 것"이라고 말했습니다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 앙케반테 케미(Angewandte Chemie) 온라인판에 지난해 12월 17일 자로 실렸습니다.

TJB 대전방송