백금 능가하는 철 촉매 만드는 `현대판 연금술`

↑ 미국화학회지 표지

국내 연구진이 연료전지에 쓰이는 비싼 귀금속인 '백금'을 '철'로 대체할 수 있는 기술을 개발했다.
백종범 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 교수와 같은 학과 김건태 교수 공동 연구진은 고분자로 철을 감싸는 방식을 이용해 백금을 능가하는 철 촉매를 개발했다고 8일 밝혔다.
연료전지는 수소를 공기 중 산소와 반응시켜 전기를 만들고 물만 배출하는 장치다. 화석연료와 달리 유해한 물질을 배출하지 않아 미래 친환경에너지산업을 이끌어갈 가장 중요한 기술로 꼽힌다. 연료전지로 전기를 생산하려면 산소가 물로 바뀌는 과정(산소환원반응)이 꼭 필요하다. 이때 화학 반응은 촉매 없이 진행되지 않아 연료전지에는 백금 등이 촉매로 반드시 들어간다.
백금은 쉽게 반응하지 않는데다 촉매로서도 우수한 성능을 보인다. 하지만 귀금속이라 비싼데다 매장량의 한계가 있고, 오래 사용하면 녹아버리는 등 안정성도 낮아 백금을 대체하려는 시도가 꾸준히 진행됐다.
연구진은 철을 2차원 유기고분자 물질로 감싸서 다른 물질과 반응해도 녹슬지 않도록 안정성을 확보했다. 백종범 교수는 "이렇게 만든 철을 촉매로 사용하면 백금과 같은 성능을 나타내는 것은 물론 반영구적으로 쓸 수 있는 안정성도 확보했다"고 말했다. 논문의 제1저자인 자비드 마흐무드 UNIST 에너지공학과 박사는 "2차원 유기 구조체의 질소 원자로 철 이온을 고정시킨 다음 열처리하면 철을 완벽하게 감싼 누에고치 구조가 된다"며 "이 구조가 새로운 철 촉매 성능의 열쇠"라고 설명했다. 김석진 UNIST 에너지공학과 박사는 "철 기반의 다른 촉매와 비교하자 구조적인 차이가 드러났다"며 "다른 촉매와 달리 2차원 구조체가 철을 감싸면서 완벽한 탄소층이 얇게 형성돼 안정성이 높아진 것"이라고 말했다.
연구결과는 미국 화학회지 최신호 표지논문으로 게재됐다.
[원호섭 기자]