화학공학부 이기백 교수 연구팀, 이형접합 산화물 촉매 제조

기존 귀금속 촉매보다 저렴하면서 고효율·고내구성

에너지·환경 분야 세계 상위 1% 이내 국제저명학술지 게재

[2022-5-23]

 

  영남대학교 화학공학부 연구팀이 차세대 청정에너지원 중 하나로 주목받고 있는 수소를 대규모로 생산할 수 있는 새로운 촉매를 개발했다.

  이번 연구는 물의 전기분해를 통한 수소 생산에 사용되는 기존 귀금속 촉매를 대체할 수 있는 촉매를 만든 것이다. 연구팀은 니켈-셀레나이드(NiSe)로 이루어진 나노시트(Nanosheets) 기반에 코발트-철(CoFe)을 전기도금하여 이형접합 산화물(CoFe-LDH@NiSe) 촉매를 제조했다. 기존 촉매는 고가인데다가 느린 반응성 및 낮은 내구성을 가진 것에 반해, 이번에 영남대 연구팀이 개발한 촉매는 저렴하면서도 고효율, 고내구성의 특성을 갖고 있다.

  연구팀은 “이번에 제조된 촉매는 우수한 전기전도성으로 인해 전자이동이 효과적으로 이루어져 수소발생 및 산소발생 반응에서 기존 귀금속 촉매보다 높은 활성을 보였고, 120시간 이상 연속된 수전해 실험에서도 안정적인 성능이 유지될 만큼 내구성이 우수했다”고 했다. 또한, “이번에 개발된 이형구조 촉매는 에너지 저장 및 변환 시스템, 연료전지, 하이브리드 슈퍼커패시터 등 다양한 에너지 분야에 적용이 가능하다”고 연구성과를 밝혔다.

 

[CoFe-LDH@NiSe 촉매의 구조, 자유에너지(DFT) 계산 및 수전해 성능]

  이번 연구는 영남대 화학공학부 셔린 마리아 니티아 요한(Shrine Maria Nithya. J) 연구교수와 김동준 박사(오하이오주립대학교 박사과정)가 공동 제1저자, 이유현(대학원 화학공학과 석사3기) 연구원이 공동저자, 화학공학부 김민규, 이기백 교수가 공동 교신저자로 참여했다.

  연구결과는 ‘고효율의 수소생산을 위한 니켈-셀레나이드(NiSe) 기반의 코발트-철 산화물(CoFe-LDH)을 활용한 수전해용 이형접합 촉매 개발(Designing a smart heterojunction coupling of cobalt-iron layered double hydroxide on nickel selenide nanosheets for highly efficient overall water splitting kinetics)’이라는 논문으로 에너지·환경 분야 상위 1% 이내에 드는 국제저명학술지 <응용촉매B-환경>(Applied Catalysis B: Environmental, 영향력지수(IF) 19.503)에 오는 7월 게재 예정이다. 

  영남대 화학공학부 이기백 교수 연구팀은 전기화학을 기반으로 다기능성 에너지 소재 및 촉매를 개발하여 차세대 이차전지(Next-generation rechargeable batteries), 커패시터(Capacitors), 고성능 및 고내구성 수소연료전지(PEMFC), 그린수소 생산을 위한 수전해(Water Electrolysis) 등의 에너지 저장 및 변환 기술을 연구하고 있다.

  연구팀을 이끈 이기백 교수는 “최근 이산화탄소 배출에 의해 급격한 지구 온난화로 우리 주위에 심각한 기후변화가 초래되고 있다. 이는 우리가 이산화탄소 배출을 줄이고 청정에너지원 개발이 필요한 이유다”면서 “수전해, 연료전지 및 차세대 이차전지를 꾸준히 개발해 사회에 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 했다.