전체기사 최신뉴스 GAM
KYD 디데이
산업 에너지

속보

더보기

‘밀고 당기고’ 원자구조 조절 저비용·고효율 수소생산 촉매

기사입력 :

최종수정 :

※ 본문 글자 크기 조정

  • 더 작게
  • 작게
  • 보통
  • 크게
  • 더 크게

※ 번역할 언어 선택

UNIST, 이리듐 전자껍질 연구 개발
가격 경쟁력 갖춘 고효율 촉매 기대

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 물을 전기로 분해해 수소를 얻는 반응에는 촉매가 꼭 필요하다. 기존에는 효율이 좋은 귀금속(백금)을 썼는데 비싸다는 단점이 있다. 백금을 대체할 물질이 꾸준히 개발되는 가운데 원자 구조를 조절해 촉매 효율을 높인 연구가 나왔다.

23일 UNIST(울산과학기술원)에 따르며 이 대학 에너지 및 화학공학부 백종범 교수팀은 중국 연구진과 공동으로 이리듐(Ir)-질소(N)-탄소(C)로 이뤄진 수소발생 촉매를 합성하는 데 성공했다.

연구결과(논문명 “Balancing hydrogen adsorption/desorption by orbital modulation for efficient hydrogen evolution catalysis”)는 저명한 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)’에 지난 6일 게재됐다.

수소발생반응의 반응 원리를 보여주는 모식도 : 물에 있는 수소원자가 촉매 표면에 흡착, 생성반응을 일으켜 수소분자가 되어 탈착되는 과정 2019.09.23. [자료=UNIST]

연구진에 따르면 이번에 개발한 촉매는 수소 원자를 당기고 밀어내는 두 작용을 적절히 해내, 백금보다 낮은 과전압(overpotential)에서 수소발생 반응이 일어난다. 효율과 가격 면에서 경쟁력을 갖춘 촉매인 셈이다. 과전압(overpotential)은 수소발생반응이 일어나기 위한 최소한의 에너지다.

수소발생반응에서 촉매는 두 조건을 맞춰야 한다. 먼저 물속에 있는 수소 원자가 촉매에 잘 붙고(흡착), 수소 원자가 두 개 모여 분자가 되면 촉매 표면에서 잘 떼져야(탈착) 하는 것이다.

일반적으로 수소발생 촉매의 수소 흡착(adsorption)과 탈착(desorption) 성질은 서로 반비례한다. 따라서 흡착과 탈착 반응 사이에 적절한 조율, 즉 ‘밀당’을 잘하는 물질이 좋은 촉매다.

연구진은 원자내 전자들의 모양과 에너지를 확인할 수 있는 범밀도함수 이론을 활용한 계산을 통해 질소와 탄소로 이리듐의 흡착 및 탈착 에너지를 조절하는 방법을 고안했다.

이리듐은 백금을 대체할 차세대 촉매로 꼽히는 물질이다. 하지만 수소발생반응을 위한 수소 원자를 흡작하는 부분에 어려움이 있었다. 수소 원자가 이리듐 표면에 붙는 데 필요한 에너지가 높기 때문이다.

이번 연구는 이리듐의 흡착 에너지를 낮추는 데 질소와 탄소로 이리듐 원자의 전자껍질을 조절하는 방법을 제안했다. 이리듐 주변에 전자를 좋아하는 성질이 큰 질소와 탄소를 적절히 배치해 수소 원자를 당기는 힘을 키워준 것이다. 줄다리기할 때 옆에서 도와주는 사람이 있으면 당기는 힘이 더 커지는 원리와 같다. 물질은 원자로 이뤄져 있고, 원자는 원자핵과 전자로 구성되는데, 전자가 있는 전자껍질을 원자 궤도 또는 원자 오비탈(Orbital)이라고 한다. 양자역학적 개념으로 전자의 분포 확률을 의미한다.

연구진은 이런 내용을 원자 내 전자들의 모양과 에너지를 확인할 수 있는 ‘범밀도함수 이론’으로 계산했다. 이론적 계산 결과를 검증하기 위해 가운데 공 모양의 빈 공간을 갖는 ‘이리듐-질소-탄소(IrHNC)’ 촉매를 합성했다. 공 모양의 플라스틱(폴리스타이렌) 입자 표면에 세 원소를 입힌 후 플라스틱을 제거하는 방식을 쓰자, 속 빈 원형의 입자 표면에 이리듐과 질소, 탄소가 균일하게 분포됐다.

이 촉매의 전기화학적 수소발생 성능을 산성(acid) 환경에서 확인한 결과, 백금 촉매(Pt/C)와 순수한 이리듐(Ir) 나노입자보다 훨씬 뛰어났다. 또 열분석장비로 살펴본 결과 귀금속인 이리듐 함량도 7% 정도로 확인됐다. 이리듐 역시 귀금속이지만 소량만 사용하면서 값싼 탄소와 질소와 섞어 고효율 촉매를 만들어낸 것이다.

제1저자로 연구를 주도한 UNIST 에너지 및 화학공학부의 펑 리(Feng Li) 박사는 “좋은 성능만 좇아 새로운 물질을 합성하는 방식에서 ‘전자껍질(오비탈)을 조절하는 새로운 방법’으로 촉매 효율을 높인 연구”라며 “이번에 쓰인 방식을 활용하면 다른 금속 기반의 촉매를 설계하는 데도 도움이 될 것”이라고 했다.

백종범 교수는 “질소나 탄소에 비해 상대적으로 가격이 고가인 이리듐을 아주 소량만 사용해 고효율 촉매 개발에 성공했다”며 “상용화할 경우 가격 경쟁력을 갖출 수 있을 것”이라고 전망했다. 

kimys@newspim.com

[뉴스핌 베스트 기사]

사진
BTS, 대규모 월드투어에 외신 주목 [서울=뉴스핌] 이지은 기자 = 그룹 방탄소년단(BTS)가 4월 대규모 월드투어를 진행하는 가운데, 외신의 이목이 집중되고 있다. 방탄소년단은 오는 4월 9일, 11~12일 한국 고양을 시작으로 북미, 유럽, 남미, 아시아 등지를 아우르는 대규모 월드투어에 돌입한다. 현재까지 공개된 일정만 총 34개 도시 79회 공연으로 K팝 역사상 최다 규모다. 방탄소년단 뷔(왼쪽부터), 슈가, 진, 정국, RM, 지민, 제이홉. [사진=뉴스핌DB] 이에 주요 외신들도 잇따라 관련 소식을 전하며 기대감을 높이고 있다. 미국 매체 피플, USA 투데이 등 방탄소년단의 공연 소식을 보도했고 CNN은 "K팝을 전 세계적인 문화 현상으로 탈바꿈시키는 데 결정적 역할을 한 방탄소년단이 돌아왔다"라고 보도했다. 미국 매체 포브스는 "팀 역사상 가장 광범위한 투어 중 하나로 한국 가수 월드투어가 나아갈 새로운 기준을 제시할 것"이라고 평가했다. 이어 "스타디움 중심으로 진행되는 이번 투어는 세계적인 아티스트들과 어깨를 나란히하는 규모다"라고 덧붙였다. 아르헨티나 일간지 클라린은 "방탄소년단의 아르헨티나 방문은 단순한 콘서트를 넘어 문화적 사건"이라며 기대감을 드러냈다. 또 "수도 부에노스아이레스가 보랏빛 꽃으로 물드는 시기에 맞춰 이뤄지는 공연은 그들을 맞이하기에 더없이 완벽한 순간"이라고 보도했다. 방탄소년단은 이번 투어를 통해 처음으로 아르헨티나를 방문한다. 방탄소년단은 월드투어에 앞서 3월 20일 다섯 번째 정규 앨범을 발매한다. 완전체로 약 3년 9개월 만의 신보다. 컴백 분위기는 전 세계 곳곳에서 감지되고 있다. 뉴욕, 도쿄, 런던, 파리 등에서 신보 로고를 활용한 옥외 광고가 진행되고 있다. 서울 광화문 광장 인근 세종문화회관에서 시작된 프로모션이 전 세계 주요 도시로 확산됐다. 대형 전광판을 채운 로고는 SNS에서 빠르게 공유되며 세계인의 이목을 집중시키고 있다. 방탄소년단의 정규 5집에는 총 14개 트랙이 수록된다. 일곱 멤버는 지난 여정 속에서 쌓은 진솔한 감정과 고민을 음악에 녹여 '지금의 방탄소년단'을 보여줄 예정이다. alice09@newspim.com 2026-01-16 08:07
사진
토큰증권 발행 가능해졌다 [서울=뉴스핌] 채송무 기자 = '주식·사채 등의 전자등록에 관한 법률'(전자증권법) 및 '자본시장과 금융투자업에 관한 법률'(자본시장법) 개정안이 15일 국회 본회의를 통과하면서 토큰증권 발행이 가능해질 전망이다. 토큰증권은 발행·유통 등에 대한 정보를 블록체인 기술 기반의 분산원장에 기재·관리하는 자본시장법상 증권이다. 분산원장을 법적 효력이 부여되는 증권 계좌부로 인정하고 안정성 등을 구비하기 위해서는 법률 개정이 필요했다. [서울=뉴스핌] 윤채영 기자 = [챗GPT 일러스트] 2026.01.13 chaexoung@newspim.com 이날 법 통과로 인해 전자증권법 개정을 통해 정보가 다수 참여자에 의해 시간 순서 등 대통령령으로 정하는 일정한 기준에 따라 기재되고 공동 관리 및 기술적 조치를 통해 무단 삭제 및 사후적 변경으로부터 보호되는 분산원장의 개념을 정의했으며, 이를 통해 분산원장을 증권 계좌부로 이용할 수 있도록 명시해 토큰증권 방식의 증권 발행이 가능해졌다. 이에 따라 분산원장을 이용한 증권계좌 관리, 스마트 컨트랙트 활용도 제고 등이 기대된다. 분산원장은 블록체인 기반의 암호화 및 정보의 공동 관리를 통해 해킹에 의한 정보의 무단 삭제·변경 관련  안전성이 높은 것으로 평가된다. 한편, 토큰증권은 그 실질이 자본시장법상 증권이므로, 증권에 관한 제도가 그대로 적용된다. 예를 들어 자본시장법상 투자중개업 인가를 받지 아니한 사업자가 토큰증권의 중개 영업을 하는 경우 무인가 영업으로 법 위반이 되며, 토큰증권의 공모시 증권신고서 제출·공시 의무도 기존 증권과 동일하게 준수해야 한다. 이와 함께 이날 같이 통과된 자본시장법 개정안을 통해 토큰증권 방식으로 활성화가 기대되는 투자계약증권의 유통이 허용됐다. 투자계약증권은 공동사업에 투자하고 사업 결과에 따른 손익을 귀속받는 자본시장법상 증권의 한 종류다. 기존 자본시장법은 투자계약증권의 비정형적 특성 등을 고려시 유통에 적합하지 아니하다고 보아 증권사(투자매매·중개업자)를 통한 유통을 금지했다. 따라서 투자계약증권은 증권사를 통해 투자자를 모집할 수 없고 발행인이 직접 투자자를 모집하는 방식만 가능했다. 금번 개정안을 통해 투자계약증권도 다른 증권과 마찬가지로 증권사를 통한 중개 대상이 될 수 있으며, 이를 통해 투자계약증권의 투자접근성, 투자정보 제공 등이 제고될 것으로 예상된다. 토큰증권 제도화를 위한 법률 개정안은 분산원장 기반 증권 계좌관리 인프라 신설, 투자자 보호를 위한 세부제도 정비 등을 거쳐 공포 1년 후인 2027년 1월경 시행된다. dedanhi@newspim.com 2026-01-15 17:23
기사 번역
결과물 출력을 준비하고 있어요.
종목 추적기

S&P 500 기업 중 기사 내용이 영향을 줄 종목 추적

결과물 출력을 준비하고 있어요.

긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
안다쇼핑
Top으로 이동