“값비싼 백금 사용 63%↓” 수명↑…IBS, 차세대 수소 촉매 개발 작성일 11-02 13 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">- 백금 원자 자리 미리 설계, 함량 14.9% 고밀도 촉매 합성 성공<br>- 수소 생산 장치서 500시간 안정 작동, 성능 저하 속도 1/4분</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="fAMAmlMVtj"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="9400c59fb0331ddf8b87968bc5a140700e3c2808ef5bf5259d80228a9d560f60" dmcf-pid="4MBMLAB31N" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="망상 배위 전략을 이용한 고함량 백금 단원자 촉매의 합성 모식도 및 전자 현미경 사진.[IBS 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/02/ned/20261102153036411sjlo.png" data-org-width="1280" dmcf-mid="2vIZpBIkGc" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/02/ned/20261102153036411sjlo.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 망상 배위 전략을 이용한 고함량 백금 단원자 촉매의 합성 모식도 및 전자 현미경 사진.[IBS 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="ff5cf506ae2dd7bc058e2df573439807d5a8afaf60e62aee4a83704a965e31ac" dmcf-pid="8RbRocb0Ya" dmcf-ptype="general">[헤럴드경제=구본혁 기자] 비싼 백금 사용량을 63% 줄이면서도 수소 생산 장치의 내구성을 높일 수 있는 새로운 촉매 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.</p> <p contents-hash="a4cabe80de9018f571569114c76a72889eca6175cea0236113dbcc6b9cdb664c" dmcf-pid="6eKegkKp5g" dmcf-ptype="general">기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단 현택환 단장과 성영은 부단장, 이병훈 고려대 교수, 김민호 경희대 교수 공동연구팀이 백금 함량을 14.9%까지 높이면서도 원자 단위로 고르게 분산시키는 새로운 촉매 합성법을 개발했다고 2일 밝혔다.</p> <p contents-hash="1b67cfe3c8d3cd40fc84c3759d68e86337a04b5a10dfdf687c698d79942d83d8" dmcf-pid="Pd9daE9UYo" dmcf-ptype="general">백금은 수소 생산과 자동차 배기가스 정화 등에 사용되는 대표적인 고성능 촉매 소재다. 하지만 가격이 비싸고 사용량이 늘어날수록 경제성이 떨어진다는 단점이 있다.</p> <p contents-hash="4ec591bd5c3f3f063480ed732ee7bb61e90328571216fc35d4d310647a3d8654" dmcf-pid="QJ2JND2u1L" dmcf-ptype="general">이를 해결하기 위해 백금을 원자 하나씩 분산시키는 ‘단원자 촉매’ 연구가 활발히 진행돼 왔다. 문제는 백금 함량을 높이면 원자들이 서로 뭉쳐 큰 입자로 변하면서 촉매 효율과 안정성이 떨어진다는 점이다. 기존 기술로는 백금 함량을 대체로 1% 미만으로 유지해야 하는 한계가 있었다.</p> <p contents-hash="a5e0f4730687fc222977948e38f2dab0825662e2c301afaa1db35f39b5eb047a" dmcf-pid="xiVijwV7tn" dmcf-ptype="general">연구팀은 촉매가 만들어지기 전부터 백금 원자의 위치를 지정하는 ‘망상 배위’ 전략으로 돌파구를 찾았다.</p> <p contents-hash="a34c440f05ada3ecc9e15cbe6de33b9ca5a80c34b24ddc5ab179044e7d9d8be6" dmcf-pid="yZIZpBIkti" dmcf-ptype="general">금속과 유기물이 규칙적으로 연결된 금속-유기 골격체를 활용해 세륨과 산소로 이뤄진 구조에 백금 원자를 하나씩 고정했다. 이후 열처리를 통해 전체 구조를 세리아(산화세륨)로 전환했다.</p> <p contents-hash="2a9b3c81678f9877600709016a50ad5ef0a0f1a0a4f718a86c79feb9d01892f8" dmcf-pid="W5C5UbCE1J" dmcf-ptype="general">이렇게 만든 촉매는 전체 무게의 14.9%를 백금으로 채우면서도 원자 단위의 분산 상태를 구현했다.</p> <p contents-hash="112db875ff3383c3875cf014448d7b3ed5caba25d310b7b6dadf635af63b79ec" dmcf-pid="Y1h1uKhDXd" dmcf-ptype="general">특히 수소 환경에서 300~500도의 고온으로 처리한 뒤에도 백금이 큰 입자로 성장하는 현상을 억제했다. 일부 백금 원자가 작은 군집을 형성했지만 세리아와의 강한 결합 덕분에 구조적 안정성을 확보할 수 있었다.</p> <p contents-hash="e7bb52a71ceb2bf70f7c9da94bd99cd96c250dc68d8202c1e09edd20858eae1a" dmcf-pid="G3v3qVvmXe" dmcf-ptype="general">연구팀은 개발한 촉매를 고분자전해질막(PEM) 수전해 장치에 적용해 500시간 동안 운전했다. 그 결과 기존 상용 촉매보다 백금 사용량을 약 63% 줄이면서도 구조적 안정성을 유지했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="f7d39c37cb84260c85c6be1cbcc2555157a112c14f66a93ef9988d6144338699" dmcf-pid="H0T0BfTsZR" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="고함량 백금/세리아 촉매의 수전해 장기 구동 성능 및 내구성 평가.[IBS 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/02/ned/20261102153036605oksb.png" data-org-width="1280" dmcf-mid="VTETZ0EoYA" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/02/ned/20261102153036605oksb.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 고함량 백금/세리아 촉매의 수전해 장기 구동 성능 및 내구성 평가.[IBS 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="94393d9bf2873692541ed78915138e8d89070f9b24ddba4b0491e0da5b30f32d" dmcf-pid="Xpypb4yOGM" dmcf-ptype="general">장치의 성능 저하를 보여주는 전압 상승 속도 역시 기존 상용 촉매의 약 4분의 1 수준으로 낮아졌다. 적은 양의 백금으로 수소 생산 장치를 더욱 안정적으로 운전할 가능성을 확인한 셈이다.</p> <p contents-hash="1c8b680ed8167526c9ee98c390156f024f631aa9bdb989efbc0dd112a20776ee" dmcf-pid="ZUWUK8WIHx" dmcf-ptype="general">이번 기술은 수소 생산을 넘어 자동차 배기가스 정화와 화학 원료 생산 등으로도 활용 범위를 넓힐 수 있을 전망이다.</p> <p contents-hash="5d8c6f8f35bd4cb03465cff46db13993102194c6525b5d447ad7d9d8cf487b11" dmcf-pid="5uYu96YCYQ" dmcf-ptype="general">연구팀은 앞으로 백금뿐 아니라 이리듐과 로듐 등 다른 귀금속으로 적용 범위를 확대할 계획이다. 특히 메탄과 이산화탄소를 수소와 일산화탄소로 전환하는 메탄 건식 개질, 자동차 유해 배출가스를 줄이는 삼원 촉매 등 고온 반응 환경에서도 금속 입자의 성장을 억제할 수 있는지 검증할 예정이다.</p> <p contents-hash="a448a4421dc4286b9fc5ca9a5435db19aca91103247847f7bdd088facfd23c3a" dmcf-pid="17G72PGhHP" dmcf-ptype="general">현택환 단장은 “수소 생산 장치에서 확인한 성과는 이번 합성 전략의 활용 가능성을 보여주는 사례”라며 “귀금속을 효율적으로 사용하면서 오래 작동하는 촉매 개발에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.</p> <p contents-hash="a5cd4b209267dee675b7c3c0c14e2dfc5fce415c983d8933cc199b6b64534246" dmcf-pid="tzHzVQHlY6" dmcf-ptype="general">이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 신세시스(Nature Synthesis)’ 10월 22일 온라인판에 게재됐다.</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 헤럴드경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 카카오 해커톤 "방탈출처럼 재밌다" 호평 일색 11-02 다음 "5살짜리한테 돈벌라 시키나"…동요없는 삼전닉스, 왜? 11-02 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
