[신문솔루션, 브레인기자] 경상국립대학교 자연과학대학 화학과 최명룡 교수(광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터장) 연구팀이 펄스 레이저 기반 정밀 합성 기술을 활용해 루테늄-탄소 코어-셸 구조(Ru@C)의 고성능 전기촉매를 개발하고, 외부 전력이 필요 없는 수소 생산 시스템을 구현하는 데 성공했다.
이번 연구는 전기화학 반응을 이용해 수소를 생산하면서도, 외부 에너지 공급 없이도 스스로 작동할 수 있는 자가 구동형 수소 생산 기술로서, 에너지 변환과 환경 정화를 동시에 달성할 수 있는 융합형 청정에너지 솔루션으로 주목받고 있다.
연구 성과는 에너지·전기화학 분야 세계적 권위의 학술지 《이사이언스(eScience)》(IF: 42.9)에 최근 온라인 게재됐다.
최명룡 교수 연구팀은 수소 발생 반응과 하이드라진 산화 반응을 동시에 높은 효율로 수행할 수 있는 이중기능 촉매를 중심으로, 자가 구동형 수소 생산이라는 실용적 시스템을 구현했다.
펄스 레이저를 이용해 액상 환경에서 루테늄 나노입자를 그래핀 유사 탄소로 감싼 코어-셸 촉매를 합성했으며, 해당 촉매는 매우 낮은 전압에서도 안정적인 전기화학 반응을 유도했다.
이를 기반으로 한 아연–하이드라진 전지는 높은 에너지 효율과 긴 수명을 가지며, 방전 과정에서 수소를 생산하는 기능을 수행한다.
또한 아연–하이드라진 전지는 전체적인 하이드라진 분해 반응 시스템과의 연계를 통해 외부 전원 없이 자가 구동 수소 생산이 가능하다는 점에서, 지속 가능한 에너지 시스템 구현을 위한 유의미한 기술적 성과를 제시한다.
특히 이 시스템은 수소 생산과 더불어, 하이드라진을 포함한 산업 폐수 정화에도 활용 가능하여 에너지 변환과 환경 정화를 동시에 달성하는 지속가능한 에너지-환경 융합형 솔루션으로 주목된다.
연구팀은 “이번 연구는 레이저 기반 친환경 촉매 합성과 수소 에너지 시스템의 융합을 통해, 미래형 전기화학 에너지 시스템으로 한 걸음 나아간 성과”라며 “앞으로 산업 현장과 연계할 수 있는 실용화 기술로 발전시켜 나갈 계획이다.”라고 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단(NRF) 및 교육부가 주관하는 기초과학 연구역량 강화사업 ‘광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터’와 ‘인프라 고도화: 실시간 극저온 엑스선 흡수 분광기 구축을 통한 우주극한환경 대응 광화학 소재 개발’ 사업의 지원을 바탕으로 수행했다.
