▲ 울산과기원는 에너지 및 화학공학부 백종범 교수팀이 백금 가격의 4%에 해당하는 루테늄(Ru)을 그래핀에 담은 새로운 촉매 물질 `루테늄엣그래핀`를 개발했다고 12일 밝혔다. (사진 = 유니스트 제공)     © 편집부

국내 연구진이 백금보다 싸고 성능도 뛰어난 안정적인 그래핀 촉매를 개발했다. 울산과기원(유니스트)는 에너지 및 화학공학부 백종범 교수팀이 백금 가격의 4%에 해당하는 루테늄(Ru)을 그래핀에 담은 새로운 촉매 물질 `루테늄엣그래핀`를 개발했다고 12일 밝혔다. 이 물질은 현재 상용화된 백금 촉매를 능가하는 성능을 갖추고, 반영구적으로 사용 가능한 내구성도 지녔다. 백금 촉매를 대체할 차세대 촉매로서 가능성을 주목받고 있다.

물의 전기분해에서 고효율을 달성하려면 수소발생반응이 일어나는 데 필요한 최소 전압이 낮고, 반응속도가 빨라야 한다. 지금까지 두 조건을 만족시키는 가장 우수한 물질로는 백금이 꼽혔지만, 귀금속이라 비싸고 물에서 전기화학적 안정성이 낮아서 문제가 있었다. 백금을 대신할 비 귀금속 기반 촉매 연구도 많았지만 물에서 부식되는 문제를 해결하기 어려웠다.

백종범 교수는 "상업적으로 사용가능한 우수한 촉매의 조건은 크게 고효율, 우수한 내구성, 가격 경쟁력 셋을 꼽을 수 있다"며 "이번 연구는 지난해 네이처 나노테크놀로지에 보고한 루테늄 촉매를 한층 강화시켜 상업화에 필요한 물 분해 촉매의 세 조건을 모두 만족시킨 결과"라고 강조했다.

 
연구진은 저가의 귀금속인 `루테늄 염(Ru salt)`과 `초산기(-COOH)가 붙은 그래핀`을 물속에 넣고 교반시켰다. 이때 자연스러운 화학반응(환원)이 일어났고 이 상태에서 열처리를 진행해 루테늄엣그래핀(Ru@GnP)을 제조했다. 금속과 그래핀 복합체를 간단한 방식으로 생산해 가격경쟁력을 한층 더 강화한 것이다.

이렇게 만든 `루테늄엣그래핀 촉매`는 물 분해 반응에 필요한 과전압을 백금 촉매보다 더 낮추는 뛰어난 성능을 보였다. 또 물의 산ㆍ염기 농도(pH)에 따라 크게 영향을 받는 기존 백금 촉매와 달리, 대체로 일정한 성능을 보였다.  허종학 기자