문준혁 교수팀, 미국 브룩헤이븐 국립 연구소와 공동 연구 결과 수전해 수소 생산을 위한 고효율 단원자 촉매의 효율적 합성법 개발
우리 학과 문준혁 교수 연구팀이 고효율로 수소를 생산하는 수전해용 전기화학촉매를 개발했다.
이번 연구 성과는 문준혁 교수 연구팀이 주도했으며, 국립 연구소(Brookhaven National Laboratory)의 참여로 진행되었다. 해당 성과는 화학공학분야 최고 권위 학술지인 Chemical Engineering Journal (IF:15.1, 상위 3.51%)에 4월 3일자 온라인 게재됐다.
이산화탄소를 배출하지 않는 지속 가능한 에너지 솔루션으로서, 그린 수소 생산이 주목받고 있다. 이러한 생산 방법 중, 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 수전해 기술이 가장 대표적이다. 수전해에서 전기화학 촉매는 반응을 일으키는 핵심적 역할을 담당하며, 이 기술의 상업적 활용을 위해서는 백금이나 이리듐 같은 고가의 귀금속 기반 촉매에 대한 대안적인 촉매의 개발이 필수적이다.
연구팀은 고효율 수소생산이 가능한 몰리브덴 산화물에 코발트 단원자(single atom)가 함침된 촉매를 제시했다. 기존의 단원자 촉매가 귀금속 원자를 낱개로 지지체 표면에 뿌려 귀금속의 활용도를 극대화하는 전략이었다면, 이번 연구는 단원자까지 비금속을 적용했다.
특히, 연구팀은 단원자 촉매의 형성에 있어 무정형 (amorphous) 몰리브덴 산화물에서 결정형 (crystalline) 으로의 상변화를 이용했다. 즉, 무정형이 갖는 느슨한 격자구조에 단원자를 함침하고 격자구조를 조이는 결정화 과정으로 안정한 단원자 촉매를 형성했다. 연구팀은 코발트 단원자/몰리브덴 산화물 촉매를 이용하여, 산성과 염기성 전해액에서 모두 우수한 전기화학적 수소 발생을 확인으며, 시뮬레이션을 통해 해당 촉매의 활성화 기작을 제시했다.
교신저자인 문준혁 교수는 “비금속 원소 기반 단원자 촉매를 형성하는 손쉽고 효율적인 방법을 제시했을 뿐만 아니라 산/염기에서 모두 안정하고 높은 효율을 갖는 반응성을 얻었다는데 의의가 있다”고 말헀다.
논문 링크 http://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150976 언론 보도 링크 https://www.m-i.kr/news/articleView.html?idxno=1110209 https://www.electimes.com/news/articleView.html?idxno=335398 https://www.enewstoday.co.kr/news/articleView.html?idxno=2113464 https://www.newstnt.com/news/articleView.html?idxno=361637 https://www.veritas-a.com/news/articleView.html?idxno=500179
https://www.edaily.co.kr/news/read?newsId=03070086638855136&mediaCodeNo=257&OutLnkChk=Y 연구실 홈페이지 http://moonlab.korea.ac.kr/
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