UNIST, 고성능 페로브스카이트 산화물 촉매 개발

김건태·이준희 교수팀, 촉매 성능 향상 원리 밝혀

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = UNIST(울산과학기술원) 에너지 및 화학공학부의 김건태(왼쪽)· 이준희 교수팀은 후기전이금속(late transition metal)을 이용해 고성능 '페로브스카이트 산화물 촉매'를 만들고, 성능이 높아진 원리를 찾아냈다. 2020.04.22. (사진=UNIST 제공)[email protected]

[울산=뉴시스]구미현 기자 = 국내 연구진이 연료전지에 쓰이는 고성능 페로브스카이트 산화물 촉매를 개발했다. 

UNIST(울산과학기술원)는 에너지 및 화학공학부의 김건태·이준희 교수팀은 후기전이금속을 이용해 고성능 '페로브스카이트 산화물 촉매'를 만들어 성능이 높아진 원리를 규명했다고 22일 밝혔다.

촉매 속 산소 빈자리가 전이금속 구조를 바꿔 화학반응이 더 잘 일어나도록 돕는다는 내용이다. 페로브스카이트 산화물 촉매에서 산소 빈자리의 역할과 효과를 정확하게 규명한 연구로 주목받는다.

페로브스카이트 산화물 촉매는 란탄족, 전이금속, 산소로 구성된다. 이 촉매는 전기가 잘 흐르고, 산소 발생과 환원 양쪽 반응에서 모두 우수한 특징을 가지고 있다.

 따라서 충전·방전과 같이 반대되는 반응이 꾸준히 일어나는 '금속-공기전지'나 '연료전지' 등에 쓰일 후보로 꼽힌다. 기존 백금 등의 귀금속 촉매는 비싸고 안정성이 낮아 대체촉매 개발이 활발한 상황이다.

공동연구팀은 이 촉매의 경우 '산소 빈자리'가 많을수록 성능이 좋다는 사실에 착안해 새로운 페로브스카이트 산화물 촉매(Sm0.5Sr0.5CoO3−δ ,SSC)를 개발했다.

산소 빈자리 결함에 따른 전자 에너지 구조 및 촉매 성능 변화를 나타낸 연구 그림.

이준희 교수는 "페로브스카이트 산화물 촉매는 산소 빈자리를 만들어 주면 산소 환원 반응이 잘 일어난다고 알려졌는데, 이번에 개발한 촉매는 산소 발생 반응도 잘 일어나는 '이기능성(bifuctionality) 촉매'"라며 "촉매에 만들어 준 산소 빈자리가 후기전이금속의 구조를 바꿔 산소 발생 반응도 촉진한 덕분"이라고 설명했다.

실제로 촉매 속 산소 빈자리의 양을 증가시키면서 성능을 검증한 결과, 산소 빈자리가 늘어날수록 두 반응 모두 촉진됐다.

김건태 교수는 "후기전이금속 산화물에 산소 빈자리를 도입해 효율적인 이기능성 촉매를 만들 수 있다는 걸 보여준 성과"라며 "산소 빈자리 자체가 촉매의 성능을 높이는 게 아니라는 걸 바로잡은 만큼, 새로운 접근법을 이용해 고효율 이기능성 촉매 개발을 가속할 수 있을 것"이라고 연구 의의를 밝혔다.
 
이번 연구결과는 촉매분야 국제학술지 'ACS catalysis'에 올해 3월24일자 온라인으로 공개됐다.


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