▲ 상용 이황화몰리브데넘 촉매에 생긴 나노미터 크기의 표면 결함들에 의해 향상된 수소 생성 반응 특성 결과.

한국화학연구원(원장 이규호)이 수소 생성시 촉매로 쓰이는 고가의 백금을 대체할 값싼 핵심 전극 촉매 설계 기술을 개발해 수소 생성 비용을 크게 낮출 것으로 기대를 모으고 있다.

화학연 탄소자원화연구소 CO₂에너지벡터연구그룹 김형주 박사팀은 백금 대신 가격이 저렴한 이황화몰리브데넘(MoS2)의 표면을 변화시켜서 수소 생성 반응의 활성 및 성능을 높일 수 있는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

표면을 변화시키기 전 이황화몰리브데넘 촉매에는 활성 자리가 적어서 수소 생성반응 활성이 낮았다.

이것을 김형주 박사팀이 원자층증착기술을 활용해 이황화몰리브데넘 표면에 이산화타이타늄 원자층을 코팅한 후, 그 코팅된 이산화타이타늄을 다시 전기화학적으로 떼어내면 원래의 이황화몰리브데넘 촉매 표면에 결함이 형성된다는 것을 최초로 발견했다.

전극 촉매 표면상에 생긴 결함은 표면에 올록볼록한 곡선을 만들어 우수한 수소 생성 반응 활성을 보여준 것이다.

이번 연구는 기존에 수소 생성 반응 성능이 낮아 잘 사용되지 않았던 값싼 상용 벌크 이황화몰리브데넘 촉매에 간단한 표면 처리 기술을 도입해 우수한 성능을 낸 연구로 그 의의가 있다.

김형주 박사는 “그동안 이황화몰리브데넘 표면을 어떻게 하면 수소생성 촉매 활성을 가지게 할 수 있는지에 대한 연구자들의 관심이 많았지만, 이를 실험적으로 구현한 예는 거의 없었다. 본 연구는 이를 최초로 구현한 것으로서 많은 연구자들의 관심과 주목을 받을 것으로 기대된다. 현재 또 다른 세계 최고 수준의 이황화몰리브데넘 전극 촉매 연구 개발 결과를 특허 출원을 마치고 학계에 보고할 준비를 하고 있다. 우리의 연구 결과를 앞으로 지켜봐 달라”고 말했다.

이번 연구성과는 재료과학 분야의 세계적 권위의 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 9월13일자 해당 호의 대표 논문인 표지논문(Cover Picture Paper)으로 게재됐다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부에서 지원하는 ‘C1 가스 리파이너리 사업’ 과제와 미래창조과학부/국가과학기술연구회에서 지원하는 화학(연)‘탄소자원화 BIG 사업’ 과제의 일환으로 수행됐다.