비싼 백금 대체, 친환경 수소 생산 촉매 개발

비정질 황화 몰리브데늄의 성장 원리와 특정 결합의 함량에 따른 수소생산 촉매 특성을 전류 밀도로 나타낸 그래프

수소 경제시대를 앞당기기 위해 비싼 백금계 소재가 아닌 수소 흡착성능이 뛰어나고 값싼 ´황화 몰리브데늄(MoS₃)´과 탄소나노튜브를 이용한 연구결과가 나왔다.
KIST(원장 이병권)은 이성호 탄소융합소재연구센터장과 조한익 건국대 미래에너지공학과 교수 공동연구팀이 수소를 고효율로 생산하는 촉매를 제조하는데 성공했다고 지난달 27일 밝혔다.
최근 수소연료전지 자동차, 수소를 이용한 에너지저장 방식 등에 관한 연구가 이뤄지고 있다. 이를 현실화하기 위해서는 에너지저장에 필요한 수소를 효율적으로 만들어 내야 한다. 수소생산에서 주로 물을 전기분해해서 사용했다. 이때 주로 백금과 같은 귀금속을 촉매로 사용한다. 귀금속은 비싸기 때문에 경제적 부담이 커서 이를 대신할 수 있는 촉매 개발이 필요했다.
이에 KIST 연구진은 비정질 황화 몰리브데늄(MoS₃)에 중점을 두고 촉매 개발 연구를 진행했다.
이 물질은 황과 몰리브데늄이 결합된 무기화합물로 수소 흡착 성능이 우수하다. 이를 촉매로 사용하면 물을 전기분해해 친환경적이고 고효율로 수소를 생산할 수 있다. 원가도 저렴해 차세대 수소생산 촉매로 주목받고 있다. 하지만 전기 전도도가 낮고, 촉매로써 잘 활성화되지 않기 때문에 충분한 성능을 보이지 못했다. 성능 향상 방법으로 황화 몰리브데늄의 크기나 형태를 조절하는 연구가 진행됐으나, 구조가 복잡해 여러 부작용이 발생했다.
연구진은 황화 몰리브데늄에 간단하게 화학 처리해 특별한 결합구조를 다수 생성한 후, 탄소나노튜브 표면에 도포해 복합재료 촉매를 제조함으로써 문제를 해결했다. 그 결과, 수소를 생산하는데 영향을 미치는 ´강하게 결합된 황(가교화된 황, Bridging S)´의 수가 많아져 기존 대비 약 30% 향상된 성능을 보였다.
이성호 KIST 탄소융합소재연구센터장은 "황화 몰리브데늄 촉매의 성능을 개선한 성공사례"라며 "이를 이용한 저비용·고효율, 친환경 수소생산 성능 구현은 수소 자동차와 수소 충전소의 대중화를 앞당기는 초석이 될 것"이라고 말했다. 이번 연구 결과는 촉매 분야 국제 학술지 ´Applied Catalysis B: Environmental´ 최신호에 게재됐다.