상온, 상압에서 질소 함침 탄소로 코팅된 티타늄 산화물 촉매 개발

[에너지경제신문 박성준 기자] 심욱 교수(한국에너지공과대학교, 닐사이언스 대표) 연구팀은 상온-상압에서 전기화학적 질소환원반응을 통한 암모니아 생산용 비귀금속 촉매인 질소 함침 탄소로 코팅된 티타늄 산화물 촉매를 개발했다고 17일 전했다. 

본 연구에서는 티타늄 산화물 계면제어를 위해 질소 함침 탄소 코팅 기술을 적용하여 Nitrogen-impregnated carbon-coated TiO₂ nanoparticles (N-C coated TiO₂)를 개발하였다.

연구팀이 개발한 질소 함침 탄소로 코팅된 티타늄 산화물 촉매는 전기화학적 질소 환원 반응을 통한 높은 암모니아 생산 수율 (5.302 μg·h-1cm-2)을 보고했으며, 이는 질소 함침 탄소 코팅이 적용되지 않은 티타늄 산화물 보다 높은 질소-암모니아 전환 성능을 보여주는 결과이다.

연구팀은 다양한 분석법을 도입하여 질소가 함침된 탄소 코팅이 티타늄 산화물의 환원 조건에서의 낮은 안정성을 극복하고 전해질과 촉매 계면사이를 안정화 및 우수한 전하 전달을 유도하여 전체적인 촉매의 전기화학적 활성을 극대화 할 수 있음을 확인하였다.

또한 촉매의 계면제어를 통한 전하전달 성능 향상 및 질소 환원 성능 극대화 방법을 제시하였다. 본 연구에서 개발한 계면제어 방법은 전기화학적 질소 환원 반응뿐만 아니라 수전해, 이산화탄소 환원, 연료전지 등 다양한 전기화학적 에너지 변환 시스템에 적용될 수 있다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘Materials Letters’에 게재되었다.