대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 유종성 에너지공학과 교수연구팀이 수소 연료슬롯 꽁 머니 수명을 크게 개선할 고흑연성 탄소 담지체 저온 합성법을 개발했다고 9일 밝혔다. 이 기술은 차량용 연료슬롯 꽁 머니, 수전해 슬롯 꽁 머니·드론 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.
친환경 수소 연료슬롯 꽁 머니 성능과 수명을 늘리기 위한 연구가 활발하다. 특히 연료슬롯 꽁 머니 촉매로 각광받는 백금(Pt)의 활성과 활용도를 높이기 위한 다양한 연구가 진행 중이다. 하지만 백금 기반 연료슬롯 꽁 머니 촉매는 활용도가 우수하지만 가격이 비싸고 내구성이 약하다. 내구성을 높이려면 탄소소재 특성들을 균형있게 확보할 수 있는 새로운 합성법이 필요하다.
연구팀은 650℃의 낮은 온도에서도 높은 수준의 흑연성을 도입할 수 있는 새로운 합성법을 개발했다. 질소가 포함된 유기물 전구체를 마그네슘(Mg) 금속 분말과 열처리하는 단순한 공정으로 마그네슘의 큰 환원력을 활용, 열처리 온도를 획기적으로 낮췄다. 또 마그네슘 금속이 자체 주형제로 작용해 고흑연성 슬롯 꽁 머니 소재에 다공성 구조와 높은 비표면적을 도입했고 저온 공정으로 충분한 질소가 성공적으로 슬롯 꽁 머니에 도핑됐음을 확인했다.
슬롯 꽁 머니 마그네슘 기반 저온처리 방법으로 전기화학 촉매를 위해 담지체가 갖춰야 할 3가지 필수조건인 △안정성 및 전기전도를 위한 고흑연성(Graphiticity) △뛰어난 다공 구조와 표면적(Porosity) △질소 등 이종원소 도핑(Heteroatom Doping)을 모두 가진 탁월한 담지체를 제작했다.
연구팀은 자체 제작한 담지체가 가진 특징 중에서 고흑연성은 슬롯 꽁 머니 담지체 내구성을 개선하고, 이종원소 도핑은 백금 나노입자와 안정적인 결합으로 백금의 용해를 효과적으로 방지할 수 있을 것으로 예상했다. 연구팀이 개발한 '백금-고결정성 질소도핑 슬롯 꽁 머니(Pt-HGNC)' 촉매는 24%만 감소하고, '백금-슬롯 꽁 머니(Pt-C)' 촉매보다 3.5배 안정적임이 확인됐다.
유종성 교수는 “기존 탄소 소재 합성한계를 극복할 저온합성 전략을 제안하고 이를 통해 합성한 신규 탄소 담지체가 적용된 연료슬롯 꽁 머니 촉매로는 백금촉매와 탄소 담지체 내구성 기준을 동시에 만족하는 최초의 촉매를 개발했다. 차량용·발전용 연료슬롯 꽁 머니 상용화와 연료슬롯 꽁 머니 촉매 내구성 향상에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구는 캘리포니아공과대 고다드 교수팀, 포스텍 최창혁 교수팀과 공동으로 수행했다. 이하영 DGIST 에너지공학과 박사과정생이 제1저자로 참여했다. 연구결과는 최근 환경 분야 최상위 학술지인 'Applied Catalysis B:Environmental'에 게재됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
