그린 수소 생산…차세대 촉매 나왔다

[아이뉴스24 정종오 기자] 수전해 기술(물을 전기 분해해 수소와 산소를 얻는 기술) 중 수소 발생 반응(HER)의 성능을 향상할 수 있는 전략이 제시됐다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 전기준 교수(인하대) 연구팀과 박철민 교수(금오공과대)가 수전해 반응에서 촉매로 많이 활용되는 2차원 소재 이황화몰리브덴(MoS2)의 구조를 제어할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다고 13일 발표했다.

수전해 과정에서 반응과 효율 등을 증가시키기 위해 촉매를 사용하는데, 반응성이 가장 높은 귀금속의 경우 값이 비싸 경제성을 보완할 수 있는 연구가 활발히 진행되고 있다.

그 중 우수한 촉매 후보군으로 각광 받는 2차원 소재의 경우, 다층보다 단일 원자층에서 높은 효율을 갖는다. 단일층 내에서도 구조적으로 다른 2개 상(Phase)에 따라 성능 차이를 보인다.

고품질의 균일한 단일층을 합성하면서도 존재하는 2개의 구조가 다른 상을 제어하는 데 한계가 있었다. 연구팀은 화학기상증착법(CVD)을 통해 균일한 단일 원자층의 이황화몰리브덴을 제작, 여기에 극미량(<1%)의 팔라듐 금속을 삽입해 원자층에 존재하는 2개의 상을 조절하는 데 성공했다.

합성된 이황화몰리브덴은 기존 합성연구의 결과와 비교해 높은 순도와 수전해 효율을 보였다. 구조적 상변이 비율을 최대 86%까지 제어했다.

수소 발생 효율 측면에서 최고 수준의 백금 촉매와 유사한 수치를 보였다. 기존 백금 촉매 대비 1천배 이상 높은 촉매 질량 활성(Mass activity, 전기화학적 촉매활성 수치의 정량적인 평가 방법으로 촉매의 양에 따른 전류 값) 수치를 확인했다.

연구팀은 “수전해 반응 촉매, 반도체, 광소자와 전자소자 등 다양한 연구, 산업 방면에서 상의 구조적 제어를 통해 각 분야에 적합한 정도의 상 비율을 조절할 수 있어 전략적 응용이 가능할 것”이라고 설명했다.

연구 성과(논문명:Pd Sulfidation-Induced 1T-Phase Tuning in Monolayer MoS2 for Hydrogen Evolution Reaction)는 에너지 분야 국제학술지 ‘어드벤스드 에너지 메터리얼즈’(Advanced Energy Materials) 4월 25일자에 실렸다.