[신기술 소개] 토호쿠대, 귀금속 촉매를 사용하지 않는 수소 발생 전극 개발 - 다공질 그래핀으로 수소를 저비용, 대량으로 발생 -

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90 공업화학 전망, 제18권 제1호, 2015

Figure. (a) 이전에 보고된 포르피린 분자 1. (b) 포르피린 분자 1이 관여할 수 있는 2 종류의 자기 조직화. 입자상 구조가 초기에 형성되지만, 시간이 지남에 따라 입자상 구조는 사라지고 섬유상 구조가 형성된다. (c) 분자 1의 섬유질 구조로 자 기 조직화는 약 4시간 후에 시작한다.

출처 : 2014.11.26 NIMS(http://www.nims.go.jp/news/press/2014/11/201411260.html) 작성 : 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)

토호쿠대, 귀금속 촉매를 사용하지 않는 수소 발생 전극 개발 - 다공질 그래핀으로 수소를 저비용, 대량으로 발생 -

일본 과학기술진흥기구(JST) 전략적창조연구추진사업의 일환으로, 토호쿠대학(東北大学) 원자분자재료 과학 고등연구기구의 이토 요시카즈(伊藤良一) 조교, 첸 밍웨이(陳 明偉) 교수 등은 3차원 구조를 갖는 그 래핀에 의한 고성능 수소 발생 전극을 개발했다.

수소는 청정에너지 매체로서 기대되며 제조, 수송, 저장 등의 분야에서 기술 개발이 진행되고 있다. 그 중에서 수소 스테이션 등에서 수소를 ‘그 자리에서 바로 발생’시켜 공급하는 방법이 주목받아 왔는데, 이를 위한 물의 전기 분해법에는 에너지 이용 효율의 향상이나 전극의 소형화 등의 과제가 있다. 또한, 수소 발 생용 전극 재료로서는 백금이 가장 뛰어나지만 비용이 높아 백금을 대신할 대체 재료(니켈 등)의 개발이 기 대되고 있다.

연구자들은 평판 전극에 비해 단위 촉매 체적당 표면적을 500배 정도까지 증대시켜 질소와 황을 소량 첨가한 ‘3차원 나노 다공질 그래핀’을 제작하는 데 성공, 그 전극 특성을 측정한 결과 수소 발생 전극으로서 기능하는 것을 발견했다. 또 이 전극은 현재 백금 대체 금속으로 기대되고 있는 니켈과 동등한 전기 에너지 로 수소를 발생하는 것을 알아냈다.

본 연구 성과는 귀금속을 포함한 금속 원소를 포함하지 않는 3차원 나노 다공질 그래핀 전극의 유효성을 나타낸 것으로, 그 다공성 구조로 인해 큰 표면적을 갖기 때문에 전극 및 장치의 소형화로 이어질 가능성이 시사되며 향후 수소 이용 촉진에 기여할 것으로 기대된다.

KIC News, Volume 18, No. 1, 2015

KIC News, Volume 18, No. 1, 2015 91 본 연구 성과는 독일의 과학지 Angewandte Chemie International Edition에 게재되었다(※ 발표논문 참조).

※ 발표논문: Yoshikazu Ito, Weitao Cong, Takeshi Fujita, Zheng Tang and Mingwei Chen, “High catalytic activity of nitrogen & sulfur co-doped nanoporous graphene towards hydrogen evolution reaction”, Angewandte Chemie International Edition, 2 DEC 2014.

DOI: 10.1002/anie.201410050.

Figue. 3차원 나노 다공질 그래핀 모형과 튜브의 외부와 내부에서 수소 생성.

빨간색이 황 원자, 녹색이 질소 원자.

출처 : 2014.12.09. JST(http://www.jst.go.jp/pr/announce/20141209-2/index.html) 작성 : 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)