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[IT뉴스]포스텍, 백금-텅스텐 아산화물 기반 새 암모니아 전해 촉매 개발

온카뱅크관리자

2025-12-11 09:47:34

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="fSVjSdFYwE">
          <p contents-hash="ab8de09b4d292466cd4512d2ade5011d79bb62dd2f3a09a36d9d88631d2b5ee2" dmcf-pid="4vfAvJ3GDk" dmcf-ptype="general">포스텍(POSTECH) 용기중 화학공학과 교수 연구팀이 백금-텅스텐 아산화물(Pt-WOx) 기반의 새 암모니아 전해 촉매를 개발했다. 포스텍 신소재공학과·첨단재료과학부 이동화 교수 연구팀과 한국에너지공대(KENTECH) 에너지공학부 김우열 교수팀이 함께 한 이번 연구성과는 최근 국제 학술지<span><strong> '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'</strong></span>에 실렸다.<br></p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="1b1a0c187e6b5fc40f01212306fd53f4cc62548c4cd4a86d621f560d6b5cb981" dmcf-pid="8T4cTi0HDc" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="왼쪽부터 포스텍 용기중 교수, 포스텍 이동화 교수, KENTECH 김우열 교수" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202512/11/etimesi/20251211094452775vzla.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="V1tPjbhDrD" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202512/11/etimesi/20251211094452775vzla.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            왼쪽부터 포스텍 용기중 교수, 포스텍 이동화 교수, KENTECH 김우열 교수
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="c7ceac5d62c79274330b9d843476d8d1c5e7b19baaeb842c4413b95d7d25a8d5" dmcf-pid="6y8kynpXsA" dmcf-ptype="general">암모니아 전기 분해는 이론적으로 단 0.06V(볼트), 즉 건전지 한 개 수준의 아주 낮은 전압만으로도 수소를 생산할 수 있는 방식이다. 하지만 반응속도가 느리고, 질소산화물(NOx)이 촉매 표면에 달라붙어 금세 성능이 떨어지는 단점이 있다. 연구팀은 이러한 구조적 한계를 정면으로 해결하며 저전력 수소 생산 기술 상용화 가능성을 크게 높였다.</p>
          <p contents-hash="c52a08b951d1ab9b2c0d6793d69d4239e35faa54da8de65eb947e3bf605edd95" dmcf-pid="Pmzim6GhOj" dmcf-ptype="general">물을 전기 분해해 수소를 얻는 방식은 최소 1.23V가 필요하지만, 암모니아는 이론상 20분의 1 수준의 전압으로도 가능하다. 문제는 암모니아 분해 과정에서 생성되는 질소산화물이 촉매를 막아 반응이 중단된다는 점이다. 마치 배수구에 머리카락이 쌓이듯 촉매가 금세 막혀 몇 시간도 버티지 못하는 것이다.</p>
          <p contents-hash="4cabae7517157de4fbd904ed61969f55e091b5df1678a4d8fc3cbd270e4796c1" dmcf-pid="QsqnsPHlwN" dmcf-ptype="general">연구팀은 이를 해결하기 위해 텅스텐 아산화물(WOx) 나노선 위에 백금(Pt)을 빛으로 정교하게 쌓아 올리는 방식을 택했다. 이 구조 덕분에 두 물질 사이에서 전자가 활발히 이동해 반응 속도가 빨라졌으며, 질소산화물 생성은 억제됐다.</p>
          <p contents-hash="80a409782adb0a2aea2573b9e7b0ae01c66457e824327a4b4aeadc7bd0317180" dmcf-pid="xOBLOQXSEa" dmcf-ptype="general">실험 결과, 연구팀의 촉매는 120시간 넘게 안정적으로 작동하며 기존 촉매가 수 시간 내에 성능을 잃는 한계를 완전히 넘어섰다. 암모니아 산화 반응에서는 약 50㎃/㎠의 전류밀도를 기록했고, 수소 발생 반응에서는 26㎷의 매우 낮은 전압만으로도 수소 생산이 가능했다.</p>
          <p contents-hash="bce736581a17f1b30d25836b0de4c1fec1a918b091b04b3bed3dbc3f6711d3f3" dmcf-pid="y2w12TJ6Eg" dmcf-ptype="general">이어, 이 촉매를 실사용 환경에 가까운 막전극조립체(MEA), 전해 시스템의 핵심 모듈) 기반 전해 장치에 적용했을 때도 500㎃/㎠ 이상의 높은 전류밀도를 구현했다. 해당 전해 장치를 통해 기존 물 전해 방식보다 1V 이상 낮은 전압으로도 같은 양의 수소를 생산할 수 있게 되었다.</p>
          <p contents-hash="d00d8a21ce698f6e57d6eadefaf9b1eeb2bd2c083de0a4b7482553058d26f7eb" dmcf-pid="WVrtVyiPDo" dmcf-ptype="general">또 적외선 분광 분석과 전산 계산을 통해 성능 향상의 원리를 정밀하게 규명했다. 특히 암모니아가 분해되는 과정 가운데 가장 어려운 단계인 아미노기(NH₂)에서 암모니아(NH)로 전환되는 에너지 장벽을 크게 낮추고, 동시에 질소산화물이 촉매 표면에 결합하지 못하도록 차단한 것이 핵심 요인임을 확인했다.</p>
          <p contents-hash="967c6e26fd1bd7d96dc93ff301c861988705ce212c88ef6cdbd69e1e7e6fb09f" dmcf-pid="YfmFfWnQEL" dmcf-ptype="general">용기중 교수는 “이번 연구는 기존 물 전기 분해 방식보다 훨씬 낮은 전력으로 깨끗한 수소를 생산할 수 있다는 것을 입증한 연구”라며 “탄소중립 시대를 준비하는 저탄소 수소 경제 실현의 중요한 전환점이 될 것”이라고 강조했다.</p>
          <p contents-hash="a0edbaf9c9d26420535d2800a96287cc159c26e97d8e860c91f2634b39c9a2a8" dmcf-pid="G4s34YLxIn" dmcf-ptype="general">한편, 이 연구는 한국연구재단 탄소제로 그린 암모니아 사이클링 선도연구센터사업, 중견연구사업의 지원을 받아 수행됐다.</p>
          <p contents-hash="f4d622ae14b82c35c858a5b92d9576693ed4509fc89c62131a6429b5737d3d65" dmcf-pid="H8O08GoMDi" dmcf-ptype="general">포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 전자신문. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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