전북대학교 트란 듀이 탄 교수팀(대학원 BIN융합공학과)이 김도환 교수(과학교육학부)와 함께 최근 전 세계적으로 많은 관심을 받고 있는 수소를 고효율로 저렴하게 생산할 수 있는 비귀금속 촉매를 개발했다.

과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업과 지역혁신선도연구센터(RLRC) 지원을 받아 수행된 이 연구는 재료 분야 세계 최고 학술지인 『어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈' (Advanced Functional Materials )』(IF=16.836)의 최신호에 게재되며 세계 학계의 주목을 받고 있다.

수소경제사회 실현을 위해 가장 중요한 문제는 수소를 생산하는 일이다. 지금까지는 원유를 정제하면서 부가적으로 발생하는 수소가스를 주로 이용하거나, 천연가스 등을 고온에서 개질해 수소를 생산하고 있다. 그러나 이는 양이 매우 제한적이거나 화석연료를 이용해 생산하기 때문에 이산화탄소가 발생하지 않는 청정기술이라 할 수 없었다.

그린수소 생산은 결국 물을 전기분해하는 방법이 있는데, 이는 비교적 경비가 많이 든다는 단점이 따른다. 경비가 비싼 이유 중 하나는 비싼 전기료와 더불어 백금이나, 산화이리듐, 루텐늄산화물과 같은 값비싼 금속 촉매가 사용되기 때문. 따라서 고활성 및 내구성을 갖는 비귀금속 촉매 개발이 물 분해를 통한 수소 생산의 주요 과제로 남아 있다.

전북대 연구진은 이런 문제점을 해결하기 위해 코발트 나노와이어 위에 몰리브덴과 인을 도핑 시킨 코발트 나노와이어를 다시 성장시켜 높은 전기 활성, 수많은 나노 다공성 네트워크를 가지는 물 분해 촉매(Co‐Mo‐P/Co NWs)를 값싸고 효율적으로 제조할 수 있는 방법을 개발했다.

제조된 물 분해 촉매(Co‐Mo‐P/Co NWs)의 물 분해 셀은 기존에 널리 사용되고 있는 상업용 촉매인 RuO2/C+Pt/C(~1.53V @10mAcm-2)에 비해 매우 낮은 매우 낮은 1.495V(@ 10 mA cm-2)의 셀전압을 보였다. 내구성 측면에서도 기존 상용화된 제품에 비해 매우 뛰어난 내구성을 보여 상용화가 가능할 것으로 기대된다.

이번 연구는 전북대 BIN융합공학과의 반 히엔 호야(박사과정)이 제1저자로 연구를 수행했으며, 김도환 교수는 전산 모사를 통해 전하밀도 변화를 분석하고 수전해 과정에서 몰리브덴과 인의 첨가에 따른 촉매 표면 특성 변화를 원자 수준에서 규명했다.

이러한 그린수소 생산을 비교적 쉽게 할 수 있는 수전해의 핵심기술을 개발함으로써 우리나라의 수소경제사회를 성큼 다가오게 하는데 크게 기여할 것으로 보인다. 또한 전북대가 이 그린수소 생산 분야에서 세계적으로 선도적인 연구를 수행하고 있음을 다시 한 번 과시한 것이다.

트란 듀이 탄 교수는 “이번 연구 결과로 미래 수소경제사회를 위해 반드시 해결해야 하는 핵심 기술인 보다 저렴하면서, 효율적으로 그린수소를 생산을 할 수 있는 원천기술을 마련했다”며 “조속한 시일 내에 상용화를 위해 노력하면 실제 산업에 적용 가능할 것”이라고 밝혔다.