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
로저스 쿠팡 대표 61억 주식 보상 [서울=뉴스핌] 김연순 기자 = 해롤드 로저스 쿠팡 한국 임시대표가 대규모 주식을 보상받았다. 약 66억 원 규모의 성과조건부 주식보상(PSU)을 받은 지 두 달 만이다. 쿠팡의 모회사인 쿠팡Inc는 3일(현지 시간) 한국 법인 임시대표를 맡고 있는 로저스 최고관리책임자(CAO)겸 법무총괄에게 클래스A 보통주 양도제한조건부주식(RSU) 21만3884주를 부여했다고 공시했다. 쿠팡의 전날 정규장 종가(18.95달러)로 계산하면 405만3012달러, 한화 61억원 상당에 달하는 주식이다. 이 주식은 오는 7월 1일부터 분기별로 4회에 걸쳐 분할 수령할 수 있으며, 주식을 받으려면 해당일까지 근속해야 하는 조건이다. 해롤드 로저스 쿠팡 임시대표. [사진=뉴스핌DB] 이 주식을 모두 수령하면 로저스 임시대표가 보유하게 되는 쿠팡 주식은 총 93만3041주로 늘어나게 된다. 그는 지난 2월에도 26만9588주의 주식을 받았다. 한편 쿠팡은 대규모 개인정보 유출 사태가 터진 직후인 지난해 12월, 쿠팡Inc 최고관리책임자(CAO) 겸 법무총괄인 해롤드 로저스를 한국법인 임시대표로 임명했다. 로저스 임시대표는 지난해 12월 30일 국회에서 열린 '쿠팡 사태 연석 청문회'에서 허위 증언을 한 혐의로 고발당한 상태다.   y2kid@newspim.com 2026-04-04 11:49
사진
이란, 미군 F-15·A-10 잇따라 격추 [서울=뉴스핌] 김연순 기자 = 이란전쟁에 투입된 미군 F-15 전투기와 A-10 공격기가 3일(현지시간) 이란군의 공격으로 각각 격추됐다고 CBS 뉴스 등 복수의 미국 매체가 미 정부 당국자를 인용해 보도했다. CBS 및 워싱턴포스트 등 미국 언론들은 3일 미군 전투기 F-15에 이어 A-10 공격기가 이란 남서부에서 이란의 공격을 받아 추락했다고 보도했다. 미국이 지난 2월28일 이란전쟁을 시작한 이후 미군 군용기가 이란군 공격으로 격추된 것은 이번이 처음이다. 추락된 전투기의 조종사 3명 중 2명은 구조됐고, 1명은 실종 상태다. 미군은 이란 남서부 후제스탄 주 일대에 수색·구조용 헬기 HH-60G와 연료 공급을 위한 C-130 급유기를 투입해 1명을 구조했다. 이 과정에서 헬기 2대도 이란군의 공격을 받아 일부 탑승자가 부상했지만 기지로 복귀한 것으로 파악됐다. 이란은 이날 F-15 전투기에 이어 미군의 A-10 선더볼트Ⅱ 워트호그 공격기도 호르무즈 해협 인근 게슘 섬 남단에서 격추해, 기체는 바다로 떨어졌다. 단독 탑승한 조종사 1명은 구조된 것으로 전해졌다. 도널드 트럼프 대통령은 NBC와 전화 인터뷰에서 미 군용기 격추가 이란과의 협상에 영향을 끼치느냐는 질문에 "전혀 아니다"라며 "이건 전쟁이고 우리는 전쟁 중"이라고 말했다. 격추된 군용기 2대의 임무는 확인되지 않았지만 격추 장소로 미뤄볼 때 각각 이란 내 인프라와 호르무즈 해협 주변을 타격하는 작전을 수행하고 있었을 것으로 추정된다. 현지시간 2026년 2월28일 이란 공습작전 (작전명 에픽 퓨리)에 투입된 미군 전투기 [사진=미 중부사령부] 트럼프 대통령은 지난 1일 대국민 연설에서 앞으로 2~3주 동안 이란을 강하게 타격해 '석기시대'로 되돌리겠다고 발표했다. 트럼프 대통령의 대국민 연설 이후 미군은 이란 수도 테헤란 인근 대형 교량을 공습으로 파괴한 데 이어 이란이 미국의 요구조건에 맞춰 전쟁 종식에 합의하지 않을 경우 이란 내 발전소도 타격하겠다고 예고했다. 이란 관영 파르스 통신은 미국이 지난 1일 우방국 중 한 곳을 통해 48시간 동안의 휴전을 제안했지만, 이란은 이를 거부했다고 보도했다. 트럼프가 유예했던 이란 내 발전소 등 에너지 인프라 공격 기간이 오는 6일 종료된다. 이번 사태는 전쟁의 중대 고비가 될 것이란 관측이 나온다. 한편 중부사령부에 따르면 현재까지 미군 사망자는 13명, 부상자는 300명 이상으로 집계된다. 로이터·입소스 등의 여론조사에 따르면 미국 국민의 27%만 이란 전쟁을 지지하고, 60%가 조속한 개입 종료를 원하고 있는 것으로 나타났다.   y2kid@newspim.com 2026-04-04 11:17
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