울산과학기술원(UNIST)은 2차원 소재로 수전해 촉매 효율을 대폭 높일 수 있는 합성법을 개발했다고 3일 밝혔다.

UNIST에 따르면 신소재공학과 박혜성 교수팀과 동국대 융합에너지신소재공학과 한영규 교수팀은 2차원 소재인 전이금속 칼코겐 화합물을 수전해 촉매로 쓰일 수 있는 페로브스카이트 산화물의 성장 기판으로 활용했다.

이를 통해 촉매 표면 결정 구조와 전자 구조의 품질 및 성능을 향상할 수 있는 합성법을 개발했다.

수전해를 통한 수소 생산법은 온실가스나 대기오염 물질을 배출하지 않아 친환경적 수소 생산 방식으로 주목받고 있으나, 고비용의 귀금속 촉매가 공정에 사용돼 생산 단가가 높다는 단점이 있다.

페로브스카이트 산화물은 구성 원소와 전자 구조의 품질을 높이기 용이해 귀금속 대체 수전해 촉매로서 연구가 이뤄지고 있다.

다만 귀금속 촉매와 비교해 산소 발생 효율이 낮다는 문제점이 있다.

이에 공동연구팀은 반응성이 높은 페로브스카이트의 결정 구조와 원자 간격이 유사하고, 전자를 끌어당기는 힘이 강한 이차원 소재를 성장 기판으로 활용했다.

이차원 소재 위에 합성된 페로브스카이트 산소 발생 촉매는 귀금속 촉매인 이리듐 산화물과 비교해 낮은 활성화 에너지로 높은 산소 발생 효율을 보였다.

박혜성 교수는 "성장 기판을 활용한 페로브스카이트 산화물 직성장 기법은 촉매 효율과 직결되는 표면 결정 구조와 전자 구조를 효과적으로 제어할 수 있다"며 "수전해 촉매뿐만 아니라 다양한 촉매 합성에 응용할 수 있다는 점에서 학문적 의의가 크다"고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 '미국화학회 에너지 레터스'(ACS Energy Letters)에 2월 23일 온라인으로 공개됐다.

연구는 한국연구재단 기초연구실지원사업의 지원을 받아 이뤄졌다.