장호원 서울대 교수팀, 고효율 수소에너지 촉매기술 개발

(서울=뉴스1) 양새롬 기자 = 서울대학교 공과대학은 이 대학 장호원 재료공학부 교수 연구팀(박사과정 권기창, 최석훈)과 김수영 중앙대 화학신소재공학부 교수 연구팀이 공동으로 태양광을 이용해 물에서 수소에너지를 효율적으로 생산하는 데 필요한 촉매기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

연구팀에 따르면 이 촉매기술은 가스의 화학반응을 이용해 절연물질이나 반도체, 금속 등을 침적(沈積)하는 화학증기기상법(Chemical Vapor Deposition, CVD)을 이용한다.

연구팀은 이를 통해 2차원 몰리브덴이황화물(MoS2) 박막합성과 수소생산 촉매기술을 개발했다.

최근 태양광으로부터 P형 실리콘(실리콘에 외부 원자를 의도적으로 첨가해 전하의 운반체 역할을 하게 하는 실리콘) 광전극을 활용한 수소에너지생산 연구가 주목받았지만 P형 실리콘 광전극은 물분해 효율이 높지 않고 귀금속 촉매로 쓰이는 백금 등의 가격이 높아 새로운 촉매개발이 시급했다.

이에 연구팀은 균일하고 대면적의 2차원 MoS2 박막 합성기술을 개발해 이를 P형 실리콘 광전극에 전사하는 방법을 고안했다.

연구팀은 수소환원에 필요한 전자가 MoS2 박막을 통해 효율적으로 전달되는 메커니즘을 분석했으며, 합성된 MoS2 박막에 수소환원반응 시 유리한 수직 방향성 도메인(C-domain)이 존재함을 밝혀냈다.

그 결과 P형 실리콘 광전극 대비 동일 전압 하에서 20배 이상의 높은 광전류값을 얻을 수 있었다.

또 P형 실리콘 광전극에서는 구동시간이 약 4시간에 불과한 데 반해, MoS2 박막 촉매를 활용할 경우 50시간 구동 후에도 광전류가 95% 이상 유지되는 높은 광안정성 특성을 구현했다고 공대측은 설명했다.

장호원 교수는 "이번에 개발한 균일하고 대면적의 MoS2 박막촉매가 귀금속촉매를 대체할 가능성을 확인하는 좋은 기회가 됐다"며 "향후 더 다양한 전이금속 이황화물촉매 박막을 연구해 태양광을 이용한 고효율 수소에너지 발생장치 개발에 더욱 힘쓸 것"이라고 밝혔다.

삼성 미래기술육성사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구결과는 에너지분야의 세계적인 학술지인 '에너지 앤 인바이러먼털 사이언스'(Energy & Environmental Science) 3월31일자 온라인에 게재됐다. 또 정식 게재호의 표지논문으로 출판될 예정이다.

flyhighrom@news1.kr