암모니아 산화 반응을 통한 저전압에서의 수소 생산을 위한 새로운 촉매 개발

[에너지경제신문 박성준 기자] 물 전기분해는 수소(H2)를 생산할 수 있는 대표적인 방법 중 하나이다. 하지만 물 전기분해 공정의 약점은 산소 발생 반응(Oxygen Evolution Reaction, OER)의 느린 반응으로 인한 높은 과전압을 들 수 있다. 또한 OER은 활성 산소종을 생성으로 물 전해조의 양성자 교환막을 약화시킨다. 이를 해결하기 위해 OER을 대체할 수 있는 산화 반응으로 하이브리드 물 전기분해(HWE) 방법을 사용하여 해결할 수 있다.

한국에너지공과대학교 심욱 교수 (㈜닐사이언스 대표) 연구팀(공동 주저자; 임윤구 박사과정생, Subramani Surendran 연구교수)은 나노시트 형태의 Cu2FeSnS4 (CFTS)를 갖는 촉매를 개발하고 이를 암모니아 산화 반응을 활용하여 하이브리드 물전지 분해 시스템을 제시하였다. 결과적으로 용매로 사용된 에틸렌 글라이콜 (Ethylene Glycol, EG) 조건하에서 CFTS는 더 나은 전자 및 전해질 이온 전달로 인해 양극에서 암모니아 산화로 뛰어난 H2 생산 활성을 보여주었다. 이에 심욱 교수는 연구팀에서 개발한 CFTS 소재가 발산 에너지 변환 장치 응용 분야의 차세대 대응책으로 사용될 수 있는 가능성을 보여준다고 설명하였다.

본 연구는 재료 화학분야의 세계적 학술지인 Materials Chemistry Frontiers (Impact Factor: 7.0)에 “In situ Decorated Cu2FeSnS4 Nanosheet Arrays for Low Voltage Hydrogen Production through Ammonia Oxidation Reaction”로 게재되었으며 연구 성과가 인정되어 해당 게재호 표지 이미지로 선정되었다.