KAIST, 고엔트로피 촉매 0.02초만에 구현…촉매 제조비용 획기적으로 줄인다

단일원자 촉매가 결합된 질소 도핑 그래핀 합성 모식도

국내 연구팀이 0.02초 만에 연료전지 등 차세대 에너지 저장·발전에 광범위하게 적용할 수 있는 고엔트로피·단일원자 촉매 합성을 세계 최초로 구현했다.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 탄소기반 소재에 강한 빛을 쪼이는 것만으로도 진공 시설이 없는 대기 조건에서 0.02초 내에 나노입자·단일원자 촉매를 합성, 우수한 촉매 성능을 구현하는 데 성공했다고 6일 밝혔다.

최성율 전기 및 전자공학부 교수, 김일두 신소재공학과 교수팀이 공동연구로 이룬 세계 최초 성과다.

광열효과가 뛰어난 탄소 나노섬유, 그래핀 산화물 등 소재에 다종 금속 염을 고르게 섞고, 빛을 가하면 초고온 및 매우 빠른 승·하온 속도를 기반으로 최대 9성분계의 합금 촉매를 합성할 수 있음을 밝혔다.

합금 촉매는 연료전지, 리튬-황전지, 공기전지, 물분해 수소생산 등 저장 및 발전에 광범위하게 적용되며, 비싼 백금 사용량을 획기적으로 줄일 수 있다.

연구팀은 광열효과를 통한 단일원자 촉매 신규 합성에도 성공했다. 그래핀 산화물에 멜라민 및 금속염을 동시에 혼합해 빛을 조사하면 단일원자 촉매가 결합된 질소 도핑 그래핀을 합성할 수 있음을 최초로 밝혔다. 백금, 코발트, 니켈 등의 다양한 단일원자 촉매가 고밀도로 결착돼 다양한 촉매 응용 분야에 활용할 수 있다.

최성율·김일두 교수는 “단일 원소 촉매부터 다성분계 금속 나노입자 촉매의 초고속·대면적 합성을 가능하게 하는 새로운 촉매합성 공정 플랫폼이 될 것으로 기대된다”며 “응용 분야에 따라 촉매 원소의 크기와 조성을 자유롭게 조절해 제작할 수 있는 신개념 광기반 복합촉매 소재합성 플랫폼을 구축했다”고 밝혔다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

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