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POSTECH 이인수 교수팀, 수소 생산 효율을 한층 높이는 기술 개발

수소 생산 효율↑…기존 촉매보다 활성 11.2배 높여

박영재 기자 | 기사입력 2022/05/25 [10:11]

POSTECH 이인수 교수팀, 수소 생산 효율을 한층 높이는 기술 개발

수소 생산 효율↑…기존 촉매보다 활성 11.2배 높여

박영재 기자 | 입력 : 2022/05/25 [10:11]

【브레이크뉴스 포항】박영재 기자=버터와 팥을 납작하게 겹친 앙버터는 버터의 부드러움과 팥의 달콤함이 더해져 새로운 맛을 낸다. 수소를 만들어내는 촉매 또한 서로 다른 물질을 ‘앙버터’처럼 겹쳐 만들면 각각의 장점으로 시너지 효과를 낼 수 있다. 이때 철·니켈(NiFe) 이중층 수산화물(layered double hydroxide, LDH) 표면에 백금(Pt)을 납작하게 겹쳐 수소 생산 효율을 한층 높이는 기술을 국내 연구진이 개발했다.

 

▲ POSTECH 이인수 교수

25일 POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)에 따르면 이 대학 화학과 이인수 교수·슈만 듀타(Soumen Dutta) 연구조교수·박사과정 홍유림 씨 연구팀이 신소재공학과 최시영 교수, 화학공학과 한정우 교수와 함께 발표한 이 연구성과는 최근 국제 학술지 ‘미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)’에 보충표지논문(Supplementary Cover)으로 실렸다.

 

백금은 수소와 잘 결합해 수소 생성에 가장 적합한 촉매 물질로 알려져 있다. 다만 물 분해 능력이 떨어져, 철·니켈 수산화물과 결합해 물 분해 능력을 높이고자 하는 연구가 이뤄졌다.

 

이인수 교수팀은 이미 다공성 2차원(2D) 백금 나노판 사이에 2D 니켈·철 수산화물 나노판이 끼어 있는 샌드위치 형태의 하이브리드 물질을 합성하는 데 성공한 바 있다. 이 물질은 수 나노미터(nm, 1nm=10억분의 1m) 두께의 철·니켈 수산화물 표면에 약 1nm의 백금 층을 성장시키는 독창적인 방법으로 만들어졌다.

 

이번에는 백금 층을 별도로 얇게 만들어 합성시키는 방법을 시도했다. 백금 층이 철·니켈 수산화물 표면에서 자라날 때, 표면과 맞닿지 않은 면이 평평하지 않게 자라나는 한계를 극복하기 위해서다.

 

연구팀은 한정된 2D 나노공간에서 백금의 위아래 결정면이 모두 평평하게 자라나게 해, 철·니켈 수산화물과 더 효과적으로 반응하도록 했다. 이 촉매는 넓은 계면에 걸쳐 밀접하게 붙어 있는 철·니켈 수산화물과 백금 사이에서 상호보조적인 효과가 일어난다.

 

연구 결과, 기존의 촉매 물질(20wt%-Pt/C)에 비해서 11.2배 높은 활성이 나타났으며, 오랜 기간 안정적으로 기능이 유지됐다. 획기적인 촉매 합성법으로 수소 생산 효율을 높인 이 연구성과는 미래 촉매 분야에 크게 이바지할 것으로 기대된다.

 

이인수 교수는 “이 촉매는 알칼리 수전해용 촉매 물질 중 최고 수준의 활성과 안정성을 보였다”며 “저탄소에너지원으로 가장 중요하게 여겨지는 그린수소의 생산성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

 

한편, 이 연구는 한국연구재단 리더연구자지원사업의 지원을 받아 이뤄졌다. 

 

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

 

 POSTECH Professor Insoo Lee's team develops technology to further increase hydrogen production efficiency

 

  Ang Butter, which is flatly layered with butter and red beans, creates a new taste by adding the softness of butter and the sweetness of red beans. Catalysts that produce hydrogen can also create synergistic effects with their respective strengths if different materials are stacked like an ‘inverter’. At this time, a domestic research team developed a technology to further increase hydrogen production efficiency by flattening platinum (Pt) on the surface of iron/nickel (NiFe) double-layered hydroxide (LDH).

 

 According to POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Kim Moo-hwan) on the 25th, the research team of Professor In-soo Lee, Research Assistant Professor Somen Dutta, and Doctoral Program Professor Yu-rim Hong of the Department of Chemistry at the university, along with Professor Si-young Choi of the Department of Materials Science and Engineering, and Professor Han Han-woo of the Department of Chemical Engineering, announced this research The results were recently published as a supplementary cover in the international academic journal 'Journal of the American Chemical Society'.

 

  Platinum combines well with hydrogen and is known as the most suitable catalyst material for hydrogen production. However, the ability to decompose water is poor, so research has been conducted to improve water decomposition ability by combining with iron and nickel hydroxide.

 

   Professor Insoo Lee's team has already succeeded in synthesizing a sandwich-type hybrid material in which 2D nickel-iron hydroxide nanoplates are sandwiched between porous two-dimensional (2D) platinum nanoplatelets. This material was created by an ingenious method of growing a platinum layer of about 1 nm on the surface of iron/nickel hydroxide with a thickness of several nanometers (nm, 1 nm = 1 billionth of a meter).

 

  This time, I tried a method of synthesizing the platinum layer by separately thinning it. This is to overcome the limitation that the surface that does not contact the surface grows unevenly when the platinum layer grows on the surface of iron and nickel hydroxide.

 

  The research team made both the upper and lower crystal planes of platinum grow flat in a limited 2D nanospace to react more effectively with iron and nickel hydroxide. The catalyst exhibits a complementary effect between iron-nickel hydroxide and platinum, which are closely attached over a large interface.

 

  As a result of the study, the activity was 11.2 times higher than that of the conventional catalyst material (20wt%-Pt/C), and the function was stably maintained for a long time. This research result, which improved the hydrogen production efficiency through an innovative catalyst synthesis method, is expected to greatly contribute to the future catalyst field.

 

  Professor Insoo Lee said, “This catalyst showed the highest level of activity and stability among catalyst materials for alkaline water electrolysis.

 

  Meanwhile, this study was conducted with support from the National Research Foundation's Leader Researcher Support Project.

편집국장 입니다. 기사제보:phk@breaknews.com
 
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