KAIST 공동 연구진이 귀금속인 루테늄 원자를 서로 이웃하도록 배치한 수전해 촉매를 개발했다고 10월 28일 밝혔습니다. 연구진은 이 촉매를 실제 수소 생산 장치에 적용해 시험한 결과, 상용 백금 촉매보다 귀금속을 75% 적게 쓰고도 비슷한 수소 생산 성능을 보였다고 설명했습니다.
연구진은 기존 귀금속 나노입자 촉매는 원자들이 덩어리 안에 묻혀 반응에 참여하지 못하는 경우가 있다고 설명했습니다. 원자를 하나씩 떨어뜨려 배치하는 단일원자 촉매도 개발돼 왔지만, 여러 원자가 함께 작용해야 하는 반응에서는 성능을 높이는 데 한계가 있었다고 연구진은 밝혔습니다. 새 촉매는 루테늄 원자 서너 개를 모아 서로 반응을 돕도록 한 구조입니다.
연구진이 음이온 교환막 수전해 셀에서 측정한 전류밀도는 2.0볼트에서 제곱센티미터당 9.82암페어였습니다. 전류밀도는 전극 면적당 흐르는 전류의 크기로, 이 연구에서는 단위 면적에서 수소를 생산하는 정도를 가늠하는 지표로 사용됐습니다. 연구진은 같은 무게의 귀금속이 내는 촉매 성능이 비교 대상보다 약 4배 높았다고 밝혔습니다.
500시간 연속 작동 시험에서는 성능 저하가 비교 대상 백금 촉매의 절반 수준에 그쳤다고 연구진은 설명했습니다. 시험 결과는 연구진이 사용한 장치와 조건에 따른 것으로, 상용화 여부나 실제 생산 환경에서의 비용 절감 정도를 이 수치만으로 확정할 수는 없습니다.
연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 9월 22일 온라인으로 게재됐습니다.