IBS(기초과학연구원·원장 노도영)는 이효영 나노구조물리연구단 부연구단장 연구팀이 단일 원자 2개를 합성해 기존보다 4배 싼 '단일 금속 원자 이합체 촉매'를 개발했다고 22일 밝혔다.

친환경 미래 연료로 각광받는 수소를 물에서 얻는 연구가 활발하다. 이산화탄소를 배출하지 않는 수소 생산방식은 물을 전기분해 해 수소를 만드는 수전해 방식이 유일하다. 하지만 이는 친환경적이지만 비싼 촉매 탓에 생산비용이 높다는 게 단점이다.

연구진은 모든 물에서 사용 가능한 질소 도핑된 탄소 지지체에 단일원자를 니켈-코발트 이합체 구조로 합성, 그 한계를 극복했다. 그 결과 두 개의 단일 원자가 합쳐진 이합체 구조일 때 수소 생산 효과가 극대화되는 것을 발견했다.

연구진은 단일원자 니켈-코발트 이합체 전기 촉매가 백금촉매와 비슷한 전압으로 수소 생산이 가능함을 확인했다. 나아가 24시간 동안만 안정적인 기존의 백금 촉매에 비해 단일원자 니켈-코발트 이합체는 구조 변화 없이 50시간 동안 사용 가능함을 증명했다.

이번 연구는 단일 원자 분야에서 오랫동안 도전해 온 단일 원자 이합체 구조 합성 구현에 성공했다는 데 의의가 있다. 이론상으로만 존재했던 구조를 실현하며 저렴하면서 기존 귀금속 백금 촉매의 장점을 가진 새로운 촉매를 개발했다. 이는 고가의 백금 촉매를 대체하며 친환경적으로 수소를 생산하는 데 기여할 것으로 전망된다.

이 부연구단장은 "저렴한 고효율 수소 생산 전기분해 촉매를 개발해 이산화탄소 발생 없는 친환경 소수 생산 경제에 한 발짝 더 다가서게 됐다"고 말했다.

이번 연구는 국제학술지 '네이쳐 커뮤니케이션즈' 온라인에 지난 19일 게재됐다.