새 연구: 그린 수소 생산에서 MXenes는 산소 발생 촉매로 금속 산화물보다 우수하다

SeoulHZB의 화학자 미셸 브라운이 이끄는 국제 연구팀이 녹색 수소 생산을 위한 산소 발생 반응에서 촉매의 효율성과 내구성을 개선하는 데 중요한 진전을 이루었습니다. 연구팀은 층상 물질의 일종인 MXenes에 구리와 코발트 하이드록시드를 첨가하여 전통적인 금속 산화물 촉매를 능가하는 새로운 촉매를 개발했습니다. 이러한 개선된 촉매는 물 분해 전해조에서 유용하게 사용될 수 있으며, 지속 가능한 수소 연료에 한걸음 더 다가설 수 있게 합니다.

MXenes는 티타늄이나 바나듐과 같은 금속이 탄소나 질소와 결합하여 내부 표면적이 큰 구조를 형성합니다. 이러한 특성 덕분에 MXenes는 에너지 저장에서 촉매 작용에 이르기까지 다양한 분야에 활용할 수 있습니다. MXenes가 이러한 용도에 적합한 이유는 다음과 같은 속성들 때문입니다:

• 넓은 내부 표면적
• 탁월한 전하 저장 능력
• 화학적 변형에 대한 유연성

연구팀은 특별한 공정을 통해 제작된 MXene 촉매가 니켈 산화물보다 효율성과 내구성 면에서 뛰어나다는 것을 발견했습니다. 니켈 산화물은 알칼리성 환경에서 빠르게 분해되고 전기 전도성도 좋지 않습니다. 그러나 MXene 촉매는 전혀 분해되지 않았고, 오히려 지속적으로 사용할수록 성능이 향상되었습니다.

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이들 소재의 안정성과 성능은 독일의 BESSY II와 프랑스의 Soleil Synchrotron에서 철저한 시험을 통해 확인되었습니다. 주사 전자 현미경(SEM/TEM), X선 회절(XRD), X선 광전자 분광법(XPS)과 같은 기법들이 사용되었습니다. 이러한 실험 결과는 MXenes의 외부 표면과 내부 표면 사이에 상당한 차이가 있음을 보여주었고, 이로 인해 향상된 촉매의 높은 효과가 설명됩니다.

이 연구는 큰 이점을 제공할 수 있다. 재생 가능한 에너지의 필요성이 계속 증가함에 따라, 새로운 고효율 전해조는 그린 수소를 생산하는 방식을 변화시킬 수 있다. 이러한 개선은 수소를 청정 에너지원으로 더 보편적이고 경제적으로 사용할 수 있게 할 것이다.

팀은 더블린에 있는 트리니티 컬리지와 프라하의 화학기술대학교와 협력하여 연구를 계속 진행하고 있습니다. 이들은 새로운 유형의 MXene을 조사하고, 이를 지속적으로 작동하는 표준 전해조에서 실험하고 있습니다. 이 연구는 효율적이고 확장 가능한 방식으로 친환경 수소를 생산하는 데 기여하여 전 세계의 탄소 중립 목표 달성에 도움을 줄 수 있습니다.