광합성 원리 모방한 망간 촉매 물질 개발

서울대 연구팀 원리 규명

서울대 연구팀이 자연계 광합성 원리를 모방해 물 분해 효율을 높인 인공 촉매 물질을 개발했다. 수소 생산의 핵심인 물 분해에서 성과를 거둔 이번 연구는 연료전지 제작에 특히 중요하게 활용될 것으로 기대된다.

●물 분해 효율 50배 높고 저비용

서울대 재료공학부 남기태 교수 연구팀은 광합성 시스템을 활용해 새로운 망간 기반 촉매 물질을 만들고 핵심 작동원리를 규명했다고 13일 밝혔다.

연구팀은 식물이나 박테리아 등에 존재하는 칼슘망간 클러스트의 물 분해 효율이 백금 같은 귀금속 촉매에 비해 뛰어난 점을 주목했다. 연구팀은 10나노미터(nm) 이하의 나노 망간 산화물의 표면에서 일어나는 독특한 전기화학적 특성을 물 분해 반응에 적용해 촉매를 생성했다. 이 촉매는 망간을 이용한 기존 촉매보다 물 분해 효율이 50배 이상 높다. 값비싼 희소 금속이 아닌 1㎏당 2달러로 비교적 저렴한 망간을 이용하기 때문에 가격 경쟁력도 우수하다. 현재 상용화한 백금 촉매를 대체할 수 있을 것으로 기대되는 배경이다.

이후 일본 이화학연구소(RIKEN) 나카무라 류이치 박사 연구팀과 공동 연구를 통해 연구팀의 망간 촉매가 칼슘망간 클러스터의 핵심 원리와 유사하다는 것도 증명했다.

●“연료전지 응용 단초 제공”

남 교수는 “이번에 개발한 나노 촉매 물질은 자연계 광합성 시스템의 핵심 원리가 가장 잘 구현된 인공 촉매라는 점에서 환경친화적이며 값싼 망간을 기반으로 했다는 점에서 혁신적”이라고 말했다. 이어 “향후 수소 생산뿐만 아니라 리튬 공기 배터리, 연료전지 등 다양한 전기화학 촉매 분야에서 중요한 기술적 단초를 제공할 것”이라고 덧붙였다.



이번 연구 결과는 세계적인 화학 분야 학술지인 미국 화학학회지(Journal of the American Chemical Society) 온라인판에 게재됐다.

박기석 기자