켄텍, 수소생산용 차세대 전기촉매 개발…암모니아 생산 3~4배 늘려

수소 생산에 필수적인 질소 환원 반응용 전기촉매가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 변환 효율을 획기적으로 개선해 관심을 모았다. KENTECH(한국에너지공과대학교, 박진호 총장직무대행)은 심욱 에너지공학부 교수 (㈜닐사이언스 대표) 연구팀이 질소환원반응(NRR)에 효과적인 차세대 전기 촉매(TNO@C)를 개발했다고 20일 밝혔다. 이 촉매는 티타늄 (Ti)과 네오비듐(Nb)으로 이루어진 산화물이다. Nb 양이온의 루이스 산성 자리(전자쌍을 받는 물질)와 산소를 결합한 Ti 양이온 조합을 통해 NRR 성능을 획기적(60~70%)으로 향상시켰다. 연구팀은 "표면 및 형상 공학을 통한 제어 전략과 NRR 활성 원소의 적절한 배합으로 페러데이 효율(환원반응비율)은 18.9%, 암모니아 생산은 서너 배 이상 늘릴 수 있음을 확인했다"고 설명했다. 최근 탄소배출이 0에 가까운 수소 운반체로 암모니아가 주목받고 있다. 암모니아는 질소환원반응을 통해 수소로 전환할 수 있다. 그러나 이는 수소 발생 반응에 비해 선택성과 효율이 낮은 단점이 있다. 연구팀은 이 문제를 전기화학적 암모니아 합성을 촉진하고 수소발생 반응을 억제하는 최적의 전기 촉매를 개발해 해결했다. 심욱 에너지공학부 교수는 "이 기술 개발은 암모니아 생산의 지속 가능성 측면에서 중요한 진전"이라며 "탄소 중립 수소 경제를 위한 새로운 길을 제시했다는 의미가 있다"고 밝혔다. 연구 지도는 심욱 교수(교신저자)가 맡았다. 주저자는 안태용 연구원(박사과정), S.수렌드란(Surendran)박사, 임재형 연구원(박사과정)이다. 연구 결과는 스프링거 출판사의 재료과학분야 학술지인 어드밴스트 컴포지츠 앤 하이브리드 머터리얼즈(피인용 지수 IF: 23.2 JCR: 1.4 %) 검증을 통과하고, 현재 게재 대기 중이다.