에너지연, 원자 ‘위치’까지 제어하는 차세대 CVD 촉매 기술 개발

한국에너지기술연구원 수소에너지연구소 김희연 박사 연구팀이 개발한 촉매 사진.  (사진=에너지기술연구원 제공)

촉매 성능을 결정짓는 핵심 요인은 활성 성분의 종류와 크기뿐 아니라 '어디에 배치되느냐'다. 한국에너지기술연구원 수소에너지연구소 김희연 박사 연구팀이 기존 대량생산 공정의 한계를 극복하고, 원자의 위치와 주변 구조까지 정밀 제어할 수 있는 '선택적 화학기상증착(CVD) 촉매 제조기술'을 개발했다.

기존 함침법은 제조가 간단하지만 원자 위치를 제어하기 어렵고, 기존 반도체용 CVD는 공정이 복잡하다는 한계가 있었다. 연구팀은 이를 개선해 저온·상압에서 운전 가능한 촉매 CVD 공정을 구축, 기상 전구체와 촉매 표면의 선택적 반응으로 원하는 위치에 활성원자를 형성하는 데 성공했다.

이번 연구는 미국 브룩헤이븐국립연구소(BNL) 및 서울대 한정우 교수팀과의 공동연구를 통해 구조 분석과 이론적 검증을 마쳤다. 또 기존의 액상법으로 만든 촉매와 개발 촉매의 성능을 비교한 결과, 투입한 텅스텐 중 촉매 반응에 활용되는 비율(촉매 활용률)은 기존 약 28%에서 82%로 3배 가까이 높아졌다.

연구팀은 연구를 이끈 에너지연 김희연 박사는 "선택적 CVD는 기존 촉매 제조법의 양산성을 살리면서 필요한 부분에만 적용할 수 있어 경제적이고 효율적이라는 강점이 있다"라며, "향후 열화학 촉매는 물론 이차전지·연료전지·수전해 전극 소재 등 다양한 에너지 공정에 맞춤형으로 적용할 수 있도록 CVD 기반 제조 플랫폼을 고도화할 것"이라고 밝혔다.
임병안 기자

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