인하대 박성진 교수, 백금 촉매계 대체할 신개념 촉매 개발

아주경제 박흥서 기자 =인하대(총장·최순자) 박성진(38‧화학과) 교수팀이 기존 고비용의 백금 촉매계를 대체할 저비용 고성능 신개념 연료전지 촉매 소재 개발에 성공했다.

연료전지는 수소의 화학에너지를 이용하여 전기, 열 에너지로 전환하는 장치로 반응 후 물이 생성물로 얻어지기 때문에 친환경 에너지 소자로 큰 기대를 받고 있으며, 경제적 부가가치가 매우 크기 떄문에 막대한 투자가 이루어져 왔었다.

이러한 연료전지의 구동을 위해서는 산소를 환원시키는 산소환원반응(ORR)의 촉매가 필요하다. 하지만 기존에 촉매로 사용되는 백금 기반의 촉매계들은 백금의 매장량이 제한되어 있고, 가격이 비싸다는 문제점이 있다.

또한, 이러한 백금 촉매계를 대체하기 위한 비금속 탄소 기반의 촉매계들은 높은 열처리에서 오는 고비용의 문제들이 있었다.

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이번 인하대 박성진 교수팀은 상온 공정을 통해 상대적으로 값싼 코발트 분자와 미래 신소재인 고전도성의 질소가 도핑된 그래핀을 결합시켜 새로운 촉매를 합성하였고, 기존 백금계 촉매를 대체할 수 있는 높은 성능과 뛰어난 안전성을 확보한 촉매 소재를 개발하였다.

이렇게 제조된 촉매계는 기존에는 전혀 보고되지 않았던 새로운 형태의 촉매계로 원천기술로서 가치가 매우 높을 것으로 기대된다.

인하대 박성진 교수 연구팀의 ‘연료전지 구동을 위한 신개념 산소환원반응 촉매’ 개발 내용을 담은 논문은 화학분야 세계 최고 권위지인 앙게반테 케미 인터내셔녈 에디션(Angewandte Chemie International Edition, 논문인용지수(Impact Factor) : 11.261) 온라인 판 최신호(9월 2일)에 게재됨으로써 그 진가를 인정받았다.

박성진 교수[사진제공=인하대]

박 교수 연구팀은 지난 수년간의 연구를 거쳐 친환경 에너지 변환 소자인 연료전지에 사용 가능한 저비용, 고효율 촉매 소재를 개발하고 촉매 반응의 원리를 규명해 이 결과를 논문 “Coordination chemistry of [Co(acac)2] with N-doped graphene: Implications for oxygen reduction reaction reactivity of organometallic Co-O4-N species(코발트 화합물과 질소가 도핑된 그래핀의 배위화학을 이용하여 새로운 형태의 산소환원반응용 촉매 개발)”으로 발표하였다.

특히 본 논문은 연구의 독창성, 혁신성 및 원리 규명 등을 인정받아 논문 게제가 승인되었을 뿐만 아니라 국내특허로도 출원되었다.

이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어사업 및 한국연구재단의 기초과학연구 지원사업의 지원을 받아 인하대 화학과 박성진 교수, 한종우 연구원과 UNIST 주상훈 교수, 박노정 교수 연구팀의 공동 연구로 진행되었다.