대구대학교는 화학교육과 심준호 교수 연구팀이 셀레늄을 활용해 수전해와 요소산화(urea oxidation reaction, UOR)를 동시에 구동 가능한 새로운 촉매를 개발했다고 22일 밝혔다. 이번 연구는 미국화학회(ACS) 학술지 ‘ACS Applied Energy Materials’ 10월호 부표지 논문으로 게재됐다.
연구팀은 니켈-몰리브덴 하이드록사이드(NiMo−OH) 전극을 셀레늄으로 기능화해 전하 전달 통로를 효율화하고 전자 이동 속도를 높였다. 이를 통해 반응 속도가 향상되고 수소 생산 과정이 안정적이며 에너지 효율적으로 진행될 수 있게 했다.
개발된 촉매는 기존 백금(Pt)·이리듐(Ir) 촉매 수준의 성능을 보이면서 1.46V의 낮은 전압으로 수소를 생산할 수 있어, 기존 수전해 방식(1.58V) 대비 약 8% 전력 절감 효과를 나타냈다. 수소 1kg 생산에 필요한 전력은 42.4kWh에서 39.2kWh로 감소했다. 사용된 셀레늄 양은 전극당 0.24g, 원가로 환산하면 약 8원(0.006달러)에 불과해 경제적 효율성도 입증됐다.
전기화학 임피던스 분석(EIS)과 반응속도 실험을 통해 셀레늄이 계면 전하 밀도를 조절하고 활성화 에너지 장벽을 낮추는 역할을 확인했으며, 장시간 연속 구동에서도 구조적 손상이 거의 없는 높은 내구성을 확인했다.
심준호 교수는 “셀레늄은 단순한 첨가물이 아니라 전극 내부에서 전자의 이동 경로를 열어주는 핵심 매개체”라며 “이번 연구는 저비용으로 안정적인 수소 생산과 함께 요소를 포함한 폐수 정화까지 가능한 친환경 탄소중립형 촉매 시스템의 출발점”이라고 설명했다.
이번 연구에는 신장우 석사과정생이 참여한 또 다른 연구도 ACS 학술지 ‘Energy & Fuels’ 9월호 부표지에 실렸다. 해당 연구에서는 암모니아를 수소 운반체로 활용할 수 있는 비귀금속 기반 촉매(Exfoliated CoNiAl-LDH@rGO)를 개발해 48시간 이상 안정적인 수소 생산이 가능함을 입증했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부가 추진하고 한국연구재단이 수행하는 이공분야 개인기초연구지원사업(중견연구)의 지원을 받아 진행됐다.