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‘Advanced Energy Materials’에 논문 게재 

금속-유기물질 결합한 신소재 활용

에너지과학기술대학원 신혜영 교수팀이 ‘그린수소’를 안정적이고 효율적으로 생산할 수 있는 새로운 전기화학 촉매 합성기술을 개발했다. 

이번 연구는 재료 과학 분야 국제학술지 ‘Advanced Energy Materials’에 최근 게재됐으며, 신혜영 교수팀과 포스텍 박선아 교수팀이 참여했다.

수소는 생산방법에 따라 이름이 바뀌는데 재생에너지를 이용해 일체의 이산화탄소 발생없이 생산한 청정수소를 ‘그린수소’라고 부른다. 연구진은 이 그린수소의 생산효율을 높일 수 있는 금속유기구조체(MOF, 금속과 유기물이 결합해 다공성 구조를 형성하는 물질) 형식의 신개념 촉매에 주목했다.

현재까지 연구된 촉매의 경우, 금속 산화물 구조 내의 균일도를 원자 단위로 조절하기 어려워 물 산화 활성 원인을 규명하기 어렵고 안정성에 한계가 있었다.

이에 연구팀은 새로운 MOF를 개발하면서 철을 원자 단위 비율로 개질해 물의 산화 반응 효율, 즉 수전해(전기를 이용해 물을 산수와 수소로 분리하는 것) 성능을 크게 높이는 데 성공했다. 

특히, 연구팀은 MOF에 다양한 금속 원자를 적용해 보면서 물 산화 활성에 접근했다. 이렇게 원자 단위의 설계를 통해 두 가지 금속을 섞어 넣은 ‘이성분계 MOF’를 합성한 결과, 니켈, 철 기반 MOF에서는 물 산화 반응에 필요한 과전압이 낮아진다는 사실을 알아냈다. 

또, 연구진은 이 모든 과정을 레이저를 쏘아 물질의 구성을 분석하는 ‘라만분광법’을 이용해 증명해냈는데, 이 역시 주목할 만한 성과로 보고 있다. 기존 산화물 기반 촉매에서 복잡하게 해석되었던 이성분 시스템에 대한 해석을 단순하고 명확하게 제시했다는 점에서도 향후 관련 산업계에서 다른 전기화학 촉매를 설계할 때 큰 보탬이 될 것으로 보인다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 교육부, 한국연구재단이 공동 추진하는 ‘집단연구사업 및 개인연구사업’의 지원을 받았다.