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이화여대 김동하 교수팀, 세계 최초 수소 생산 성능 높인 새로운 전기촉매 개발
- 관리자
이화여대 김동하 교수팀, 세계 최초 수소 생산 성능 높인 새로운 전기촉매 개발
- 현기성 기자
김동하 교수
이화여자대학교(총장 이향숙) 화학·나노과학과 김동하 교수 연구팀이 세계 최초로 산성 환경에서 물을 분해해 수소를 생산하는 효율을 크게 높일 수 있는 새로운 전기촉매 기술을 개발했다.
이번 연구는 수소 경제 실현을 위한 핵심 기술 중 하나인 수전해(water electrolysis)의 성능과 내구성을 동시에 개선한 점에서 주목받고 있으며, 세계적인 재료과학 분야 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 6월 26일 게재됐다.
전기화학적 수전해는 전기를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 기술로, 최근 재생에너지를 이용한 친환경 수소 생산 방법으로 주목받고 있다. 그러나 이 과정에서 산소 발생 반응(OER)과 수소 발생 반응(HER)의 느린 반응 속도, 높은 에너지 손실(과전압)과 낮은 내구성으로 인해 산업적 활용에 한계가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 고효율·고내구성의 이중기능성 전기촉매 개발이 필수적인 과제였다.
김동하 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 ‘플라즈모닉 효과’와 ‘키랄 유도 스핀 선택성(chirality-induced spin selectivity)’ 효과, 이리듐(Ir) 단일 원자(single atom catalyst) 촉매 기술을 결합한 새로운 전기촉매 플랫폼인 ‘안테나-반응기(Antenna-Reactor) 시스템’을 개발했다. 이 시스템에서는 키랄 구조의 금 나노입자가 빛을 흡수하고 전자의 스핀을 정렬시키는 안테나 역할을 하며, 그 표면에 고르게 분산된 이리듐 단일 원자는 실제 물 분해 반응을 유도하는 핵심 활성점으로 작용한다. 이를 통해 자기적 성질을 지닌 전자 흐름(스핀 분극 전류)이 형성되어 반응 속도와 효율을 크게 높일 수 있었다.