학술·연구

손정인 교수 연구팀, 차세대 음이온 교환막 수전해용 격자 산소 메커니즘 기반 고성능 촉매 개발

등록일 2024.07.10. 작성자 김지우 조회 226

격자 산소 반응 메커니즘을 안정화한 비희귀금속 산소 발생 촉매 개발
물리화학·소재·나노 분야 최고 수준의 학술지 「Advanced Materials」 게재

 

차세대 음이온 교환막 수전해용  격자 산소 메커니즘 기반 고성능 촉매 개발

(왼쪽부터) 조승환 박사과정생 (동국대), 홍승현 교수 (국민대), 손정인 교수(동국대)

 

 

 

동국대 물리학과 손정인 교수, 국민대 신소재공학과 홍승현 교수 연구팀은 음이온 교환막 수전해 장치에서 활용되는 고효율 및 고안정성을 지니는 격자 산소 참여 메커니즘 기반 산소 발생 촉매를 개발했다.

 

음이온 교환막 수전해 기술은 물을 전기 분해하여 수소를 생산하는 기술로, 고효율 및 고안정성을 갖춘 산소 발생 전극 촉매 개발이 필수적이다. 최근 새롭게 각광받는 격자 산소 산화반응 기반 산소 발생 촉매는 격자 산소가 산소 발생 반응에 참여하여 열역학적으로 높은 활성도를 갖는 장점이 있다고 보고되었으나, 격자 산소의 용출로 인해 상대적으로 낮은 안정성이 문제점으로 제기되어 왔다.

 

 

차세대 음이온 교환막 수전해용  격자 산소 메커니즘 기반 고성능 촉매 개발

<격자 산소 활성화의 모식도(좌측)와 커버 이미지(우측)>

 

 

최근 동국대 손정인 교수, 국민대 홍승현 교수 연구팀은 친산소성 Ce로 금속-산소 혼성화가 제어된 Bi/BiCeO1.8H 이종구조 산소 발생 촉매를 개발에 성공했다. 개발된 산소 발생 촉매는 음이온 교환막 수전해 시스템에서 100시간 이상의 고안정성을 보였으며, 이는 Ce의 친산소성과 Ce3+/Ce4+ 산화-환원쌍의 존재로 인하여 과도한 격자 산소의 용출을 억제하고 산소 촉매 물질의 구조를 보호하며 최종적으로 촉매 반응을 안정화할 수 있음을 검증했다.

 

손정인 교수는 "친산소성 Ce 도입을 통한 격자 산소 메커니즘 기반 촉매 개발과 격자 산소 산화반응의 안정화 연구 결과는 음이온 교환막 수전해 성능을 향상시켜 수소 생산 효율을 비약적으로 상승시킬 수 있고, 궁극적으로 해당 연구 결과는 전기화학적 수소 생산 시스템 개발에 중요한 기여가 될 것"이라고 기대감을 나타냈다.

 

해당 연구는 한국연구재단 나노 및 소재기술개발사업, 산업통상자원부 국가표준기술력향상사업의 지원으로 수행되었으며, <Stabilization of lattice oxygen evolution reactions in oxophilic Ce-mediated Bi/BiCeO1.8H electrocatalysts for efficient anion exchange membrane water electrolyzer>라는 제목으로 물리화학·소재·나노 분야 학술지 「Advanced Materials (IF=29.4, JCR 상위 2.2%)」 2024년 7월호 내부 커버로 게재됐다.

 

 

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