인하대학교 환경공학과 전기준 교수팀이 수전해(water electrolysis) 과정에 쓰이는 고가의 백금촉매에 필적할 새로운 저가형 촉매를 제안했다.
 
수전해를 돕는 촉매로 백금의 우수성은 잘 알려져 있었으나 고가의 백금 함량을 경제성을 지닐 정도로 충분히 낮출 수 있는지가 상용화의 관건이다.

연구팀은 백금에 아닐린을 첨가한 백금-아닐린 복합체를 채택, 백금 함량을 기존 음극재(백금 10%) 대비 1/5000배 수준으로 낮췄다.
 
이를 토대로 황(S)을 도입한 양자점 형태의 이황화백금(PtS2) 촉매를 디자인, 전기적 효율과 안정성을 모두 개선할 수 있었다.
 
연구팀은 촉매를 기판에 붙이는 별도 공정 대신 기판 위에 직접 이황화백금을 성장(화학기상증착법)시키는 방법을 고안했다.
 
수전해 반응 중 기판과 촉매를 연결하는 바인더의 접착효과가 떨어지면서 안정성이 저하되는 것을 막기 위해 바인더 자체가 필요 없도록 만든 것이다. 

이렇게 제작한 티타늄카바이드 기판은 기존 이산화티타늄 기판에 비해 전기저항이 약 12배 감소했다.

티타늄카바이드 기판에 이황화백금을 적용한 음극전극을 적용한 결과 기존 백금촉매 적용 음극과 거의 동일한 수준의 수소생산 효율을 보였다.
 
또한 강산 용액의 극한 환경에서도 60시간 이상 수준을 유지할 정도로 우수한 안정성을 보였다.

이번 연구의 성과는 에너지 및 환경 분야 국제학술지‘어플라이드 카탈리시스 B:엔바이런먼탈(Applied Catalysis B: Environmental)’에 4월 15일에 게재(온라인)되었다.

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