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왼쪽부터 윤석민 교수, 김진호 연구원. |
청정한 그린수소를 얻기 위해 산업에서 가장 널리 쓰이는 알칼린 전해조에서 효율적인 물 분해를 통한 수소 생산력은 매우 중요하다. 하지만 수소 공급원인 수소 이온(H+)이 상대적으로 부족한 알칼린 전해조에서 빠른 반응으로 수소를 발생하는 것은 시급히 해결해야 하는 과제이다.
경상국립대 윤석민 교수 연구팀은 이러한 알칼린 전해조에서 레늄(Rhenium, Re)에 미량의 백금(Pt)과 니켈(Ni)을 각각 5wt% 도핑한 레늄 기반 나노촉매클러스터(Pt-Ni@Re/C nanoparticle clusters)를 합성하여, Pt 금속 촉매보다 물 분해에서 낮은 과전압(over potential)과 빠른 반응 속도를 달성했다.
특히 주목할 점은 이 새로운 촉매가 백금 단가의 약 3%에 불과한 레늄 금속을 기반으로 하고 있다는 것이다. 이는 수소 생산 비용을 현저히 줄일 수 있는 잠재력을 지니고 있다.
또한, 이 촉매는 5A/cm2에 가까운 높은 전류밀도에서도 안정적으로 수전해를 유지하는 뛰어난 내구성을 보여주었다. 이는 대규모 그린수소 생산을 위한 지속 가능한 방법을 제공한다.
연구팀은 경희대 화학과 양지은 교수 연구팀과 공동연구를 통해 이 촉매가 1.4볼트의 낮은 과전압에서도 효율적으로 물을 분해할 수 있음을 입증했는데, 이는 에너지적 측면에서도 큰 이점을 가진다.
더욱이 울산대 정재훈 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 Re 기반 촉매가 소량의 타 전이금속이 도핑되었을 때 Pt보다도 효율적으로 전기화학적 물 분해를 시킬 수 있다는 메커니즘을 규명했다.
이러한 특성 덕분에 이 연구는 산업적 응용 가능성이 매우 높으며, 수소 에너지 분야에서의 새로운 변혁을 가져올 것으로 예상된다. 연구진의 혁신적인 발견은 수소 생산의 비용 효율성과 지속 가능성을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 갖추고 있어, 그린수소의 대량 생산 및 활용에 중대한 전환점이 될 것으로 기대된다.
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