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호주 화학자들이 전기로 물을 분해해 깨끗한 수소 연료를 효율적으로 생산할 수 있는 값싼 신 촉매를 개발했다고 보고했다. 연구팀이 개발한 이번 기술은 다공성 금속-유기 복합재료의 초박막을 폼 전극(foam electrode)위에 코팅해서 만든 것이다. 과학자들은 이 전극의 전도성이 매우 좋다며, 물 분해 활성을 예상하지는 못했다고 보고했다. 관련 연구는 Nature Communication에 게제되었다 ( DOI: 10.1038/ncomms15341 ). 이번 연구를 주도한 Chuan Zhao 교수는 ldquo;물을 분해하기 위해서는 두 개의 서로 다른 촉매가 요구되지만, 이번에 개발된 촉매는 물을 산소와 수소로 분해하는데 필요한 두 가지 반응 모두에 사용될 수 있다 rdquo;고 말했다. ldquo;제조 방법이 간단하고 보편적이기 때문에, 이를 이용해서 금속-유기 프레임워크이라는 다양한 초박막 나노 시트 어레이(nanosheet array)를 만들어낼 수 있었다 rdquo;라고 연구팀은 설명했다. 또한 지금까지 보고된 물을 분해하는 전기-촉매와 비교할 때, 연구팀이 개발한 촉매이 효율도 가장 좋았다고 주장했다. 수소는 풍부하고, 오염물질을 배출하지 않으며, 다른 에너지원인 태양력이나 풍력 에너지보다 훨씬 더 쉽게 저장할 수 있는 재생 에너지다. 하지만 전기를 이용해서 물을 분해해서 생산하는 수소 생산 단가가 높고, 지금까지 개발된 가장 효율적인 촉매들도 백금, 류데늄, 이리듐과 같은 귀금속을 사용하고 있다. 반면 이번에 개발된 촉매는 니켈, 철, 구리와 같은 풍부하고, 비귀금속 물질로 만들어진 것이다. 이들 촉매는 금속-유기 프레임워크라는 다재다능한 다공성 금속을 만드는데 사용된 것이다. 때문에 향후 다양한 응용이 가능할 것으로 기대된다. 현재까지 금속-유기 프레임워크는 전도성이 나빠서 전기 화학 반응에서는 다소 유용하지는 않다고 간주되어 왔었다. 반대로, 이들 물질은 거대한 파우더 형태로 만들어져 있어서, 촉매 위치가 재료의 구멍 안쪽에 있어 물이 반응하기에 어렵다고 여겨왔었다. Zhao 팀은 금속-유기 프레임워크를 나노미터 두깨의 어레이로 만들어 구멍이 노출되게 했으며, 물과 전기적인 접촉을 위한 표면을 증가시킬 수 있었다고 설명했다. 즉 전도성 문제와 활성 위치에 대한 접근성 문제를 해결한 것이다. 초박막 금속-유기 프레임워크가 매우 전도성이 좋다는 것을 보여줌으로, 이들 재료에 대한 전기-촉매에 대한 불활성에 대한 일반적인 개념에 도전장을 던질 수 있었다고 연구팀은 설명했다. |
