UNIST(울산과학기술원·총장 이용훈)는 에너지 및 화학공학부의 김건태·이준희 교수팀이 후기전이금속을 이용해 고성능 ‘페로브스카이트 산화물 촉매’를 만들고, 성능이 높아진 원리를 찾아냈다고 22일 밝혔다.
전이금속은 주기율표의 d-구역 원소를 말하며 3족에서 12족 원소가 모두 포함된다. 후기전이금속은 8~12족에 속하는 전이금속을 따로 이르는 말이다. 페로브스카이트 산화물 촉매는 란탄족(희토류 원소 중 원자번호 57번의 란탄에서 71번 루테튬까지의 15개 원소 총칭), 전이금속, 산소로 구성된다. 이 촉매는 전기가 잘 흐르고, 산소 발생과 환원 양쪽 반응에서 모두 우수한 특징을 가지고 있다.
연구팀은 이 촉매의 경우 ‘산소 빈자리’가 많을수록 성능이 좋다는 사실에 착안해 새로운 페로브스카이트 산화물 촉매를 개발했다. 이와 더불어 촉매의 물질조성이나 표면적, 결정성 같은 물리·화학적 특성을 그대로 둔 채 ‘산소 빈자리만 조절하면서 나타난 변화’를 살폈다. 그 결과 산소 빈자리가 후기전이금속의 최외각 전자껍질 에너지 준위를 바꿔 전체 성능이 높아진다는 것을 알아냈다.
실제로 촉매 속 산소 빈자리의 양을 증가시키면서 성능을 검증한 결과, 산소 빈자리가 늘어날수록 두 반응 모두 촉진됐다.
김건태 교수는 “후기전이금속 산화물에 산소 빈자리를 도입해 효율적인 이기능성 촉매를 만들 수 있다는 걸 보여준 성과이다”며 “산소 빈자리 자체가 촉매의 성능을 높이는 게 아니라는 걸 바로잡은 만큼, 새로운 접근법을 이용해 고효율 이기능성 촉매 개발을 가속할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 연구결과는 촉매분야 국제학술지 ‘ACS catalysis’에 3월24일자 온라인으로 공개됐다. 김봉출기자 kbc78@ksilbo.co.kr