[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 광주과학기술원(GIST)은 최창혁 신소재공학부 교수 연구팀이 수소연료전지용 비귀금속계 촉매의 성능평가를 위한 원천기술을 확보했다고 19일 밝혔다.

연구팀은 철 기반 단원자 촉매에 사이안화 이온(CN-)이 비가역적으로 흡착할 수 있다는 점에 착안해 촉매 성능 결정인자인 활성점 밀도 및 전환빈도를 측정하는 기술을 고안했다.

수소연료전지용 촉매 성능평가 원천기술 설명 [자료=광주과학기술원] 2021.04.19 biggerthanseoul@newspim.com

수소를 공기 중 산소와 반응시켜 전기를 생산하는 수소연료전지의 경우, 이를 돕는 촉매가 필요하다. 그동안 백금을 촉매로 사용해왔다. 다만, 백금의 희소성과 높은 가격에 상용화가 쉽지 않았다. 철, 질소, 탄소로 구성된 단원자 철 기반의 촉매가 산호환원반응의 또다른 촉매로 주목받게 됐다.

연구팀은 특수하게 고안된 반응기를 이용해 철 기반의 단원자 촉매에 사이안화 이온을 비가역적으로 흡착했다. 이때 흡착된 사이안화 이온의 양을 자외-가시선(UV-Vis) 분광법으로 정량화했다. 또 사이안화 이온을 비가역적으로 흡착한 촉매의 산소환원 반응성 감소량을 측정했다. 이를 통해 촉매의 활성점 밀도와 전환빈도를 성공적으로 도출할 수 있었다는 게 연구팀의 설명이다.

뿐만 아니라 다른 전이금속, 귀금속 기반의 단원자 촉매와 상용해 널리 이용되는 백금 촉매의 성능 결정인자를 도출해 개발한 진단기술의 범용성도 입증했다.

(사진 왼쪽부터)배근수 신소재공학부 박사과정생, 최창혁 신소재공학부 교수, 김해솔 신소재공학부 박사과정생 [자료=광주과학기술원] 2021.04.19 biggerthanseoul@newspim.com

최창혁 교수는 "최근 상용화에 근접한 철 기반 단원자 촉매의 성능평가 원천기술을 확보했다는 데 큰 의의가 있다"며 "앞으로 이 기술을 활용해 고활성을 갖는 산소환원 촉매 개발로 미래 수소 경제 활성화에 기여할 수 있기를 기대한다"고 설명했다.

이번 연구 결과는 미국 화학회(ACS)가 발행하는 국제학술지 '오픈어세스 미국화학회지(JACS Au)'에 지난 13일 온라인 게재됐다.

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