동국대·국민대 연구팀, 수소 생산 효율 높이는 산소 발생 촉매 개발

동국대학교는 물리학과 손정인 교수가 국민대학교 신소재공학과 홍승현 교수 연구팀과 함께 수소 생산 효율을 비약적으로 상승시킬 수 있는 산소 발생 촉매를 개발했다고 9일 밝혔다.

물을 전기 분해해 수소를 생산하는 음이온 교환막 수전해 기술은 고효율·고안정성을 갖춘 산소 발생 전극 촉매 개발이 필수적이다. 최근 새롭게 주목받는 격자 산소 산화반응 기반의 산소 발생 촉매는 격자 산소가 산소 발생 반응에 참여해 열역학적으로 높은 활성도를 갖는 장점이 있으나, 격자 산소의 용출로 인해 상대적으로 안정성이 낮다는 게 문제점으로 제기돼 왔다.

연구팀은 친산소성 세륨(Ce)으로 금속-산소 혼성화가 제어된 Bi/BiCeO1.8H 이종구조 산소 발생 촉매를 개발하는 데 성공했다. 개발된 산소 발생 촉매는 음이온 교환막 수전해 시스템에서 100시간 이상의 고안정성을 보였다. 이는 Ce의 친산소성과 Ce3+/Ce4+ 산화-환원쌍의 존재로 인해 과도한 격자 산소의 용출을 억제하고 산소 촉매 물질의 구조를 보호하며 최종적으로 촉매 반응을 안정화할 수 있음을 검증했다.

손 교수는 "친산소성 Ce 도입을 통한 격자 산소 메커니즘 기반 촉매 개발과 격자 산소 산화반응의 안정화 연구 결과는 음이온 교환막 수전해 성능을 향상해 수소 생산 효율을 비약적으로 상승시킬 수 있다"며 "해당 연구 결과는 전기화학적 수소 생산 시스템 개발에 중요한 기여가 될 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과 논문(Stabilization of lattice oxygen evolution reactions in oxophilic Ce-mediated Bi/BiCeO1.8H electrocatalysts for efficient anion exchange membrane water electrolyzer)은 물리화학·소재·나노 분야 학술지 'Advanced Materials' 7월호에 내부 커버로 실렸다.

이번 연구는 한국연구재단 나노 및 소재기술개발사업, 산업통상자원부 국가표준기술력향상사업의 지원으로 이뤄졌다.