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화학과 이효영 교수 연구팀, 차세대 고수명 수전해 나노클러스터금속 전극 촉매 개발

  • POSTED DATE : 2023-03-24
  • WRITER : 화학과
  • HIT : 1596
  • Research Areas : Organic Chemistry
  • Researcher : 이효영, 연구팀

화학과 이효영 교수 연구팀, 차세대 고수명 수전해 나노클러스터금속 전극 촉매 개발

- 지속 가능한 수소 생산에 기여 가능

- 국제학술지 Advanced Functional Materials 표지논문 게재



화학과 이효영 교수 연구팀(제1저자 시아오동 샤오(Xiaodong Shao))이 산성과 염기성 조건에서 기존에 알려진 촉매보다 수소 및 산소발생 효율이 높고 긴 수명을 갖는 서브나노크기의 이리듐 나노클러스터 금속 수전해 전극 촉매를 개발했다.


금속촉매에서 원자 활용도를 높이고 동시에 촉매 안정성을 향상시키는 것은 원자 경제와 녹색 화학에 매우 중요하다. 금속 나노입자보다 원자 활용도가 높고 단일 원자 촉매보다 안정성이 높은 금속 나노클러스터는 금속-금속 결합과 금속-이종원자 결합이 동시에 존재함에 따라 점점 더 많은 관심을 끌고 있다. 그러나, 원자간 금속 결합이 강하고 표면 에너지가 높아 서로 잘 붙기 때문에 고온 환경에서 균일하게 분포하는 밀도 제어 및 표면 변조된 나노클러스터를 합성하는 것은 여전히 큰 도전이다.


이 교수 연구진은 크기가 제한된 환형 질소 공유 유기 중합체를 활용하여 균일하게 분포하고, 밀도 제어 가능하며, 표면이 변조된 일련의 전이금속 나노클러스터 제조법을 성공시켰다. 또한, 이중 금속 나노클러스터도 동일한 방법으로 성공적으로 합성하였다고 보고했다.


원자 활용도가 향상된 이리듐 나노클러스터 전극은 산 및 알칼리 매질 모두에서 상용 백금 및 이리듐 전극보다 우수한 수소 발생 반응 및 산소 발생을 보였다. 또한 이리듐 나노클러스터는 질소 도핑된 탄소와의 강한 상호작용으로 인한 장시간 전기 촉매 안정성으로 '상용화가 가능한 수준'이라고 연구진은 밝혔다.


이효영 교수는 “탄소가 없는 물 분해를 통해 그린 수소 생산 경제에 한 걸음 더 다가간 것으로 저비용, 고효율, 안정한 전기 촉매 개발로 화석 연료 정제 공정의 장기적인 과제를 극복할 것으로 기대를 모으고 있다”고 말했다.


본 연구는 세계적으로 권위 있는 재료 및 화학 분야 국제학술지 Advanced Functional Materials(IF: 19.92)에 3월 16일 표지논문으로 게재되었다.