연세대 연구팀, 차세대 청정에너지 핵심 물질 구조 밝혀

손알로이시우스 교수 연구팀

국내의 한 연구팀이 차세대 청정에너지 기술을 위한 나노 다공성 및 비정질 이리듐 산화물의 구조-특성 관계를 밝혀냈다. 연구 결과는 세계적인 국제 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈에도 지난 8일 게재됐다.

24일 연세대 측에 따르면 연세대 신소재공학과 손알로이시우스 교수 연구팀은 최근 제일원리 양자역학 시뮬레이션을 통해 산소 발생 반응(OER)에 뛰어난 성능을 보이는 다양한 이리듐 산화물 다형체의 구조-특성 관계를 규명했다.

산소 발생 반응은 물 분자를 산소로 분해하는 촉매 반응으로, 청정에너지인 수소를 얻을 때 필요한 화학 반응이다. 그간 느린 반응 속도로 인해 효과적인 촉매 없이는 반응을 일으키기가 어려운 것으로 알려졌다.

연세대 관계자는 “손 교수 연구팀은 비정질 이리듐 산화물 내의 복잡한 연결성이 이리듐 원자의 산화수 가변성에 영향을 끼친다는 것을 밝혀내 친전자성 산소가 뛰어난 촉매 효율을 보이는 이유에 관한 통찰을 제공했다”고 설명했다.

첨단 신소재 개발 연구에서는 복잡한 구조-특성 관계를 확실히 파악하는 것이 고효율, 고기능성 소재 탐색 및 설계의 핵심이다. 그러나 청정에너지 기술에 활용 가능성이 높은 비정질 산화물에 대해 원자 수준의 직관적인 이해를 제공할 수 있는 연구는 자원과 인력의 부족으로 부족한 실정이었다.

특히 반응성, 선택성, 안정성 등 다양한 측면에서 장기적인 촉매 효율이 매우 높을 것으로 예측된 이리듐 및 루테늄 산화물은 최근 몇 년간 세계 각국 연구 그룹들의 지대한 관심을 받았으나 기존에 알려진 거시적인 광물 구조에서는 그 효과 발현이 쉽지 않아 실질적인 활용 가능성을 타진하기 어려웠다.

손 교수는 “이번 연구처럼 원자 단위 수준에서 화학량론과 다형체를 제어하는 연구 방법론은 이러한 산화물 촉매들의 구조-특성 관계를 조정하고 활용 가능성을 극대화할 수 있는 가장 유망한 방법 중 하나”라고 강조했다.

이광식 기자 bumeran@hankyung.com

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