기초과학연구원(IBS)은 나노구조물리연구단 이효영 부연구단장이 단일금속원자를 다량 탑재해 요소 산화 반응을 앞당길 고성능 촉매를 개발했다고 14일 밝혔다.
연구진은 단일 금속 원자의 초고중량 탑재 및 안정화를 위해 새로운 표면 변형 전략 방법을 개발했다.
액체 질소 담금질 방법을 사용해 산화 코발트(Co3O4)표면에 변형을 생성했는데, 급하게 냉각된 산화물 지지체 표면은 열팽창으로 인해 변형이 발생하고, 이런 표면에 로듐 단일 원자를 기존 중량대비 2배 더 많이 올려 안정화했다.
또 변형된 표면이 기존 표면에 비해 로듐의 이동 에너지 장벽을 크게 증가시켜 이동 및 응집을 억제할 수 있다는 것을 발견했다.
나아가 연구진은 로듐뿐만 아니라 백금, 이리듐 및 루테늄 기반 단일 원자들도 변형된 표면에서 고중량 탑재가 가능한 것을 발견했다. 아울러 요소 산화 반응에 필요한 작동 전압으로 촉매 효율 평가 결과 상용화전극보다 더 낮은 전압에서 수소가 발생되고 구조의 변화 없이 100시간 동안 장기간 안정성을 보였다.
특히 높은 전압으로 물을 분해해 수소를 얻는 수전해 방법에 비해 약 16%의 에너지를 절약할 수 있다.
이효영 부연구단장은 “고효율 요소 산화 전기 촉매를 통해 단일 원자 촉매 분야에서 오랜 문제였던 고중량 탑재 및 안정화를 해결했다”며“고순도 수소를 저렴한 가격과 친환경적인 방식으로 생산이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
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