물을 쪼개 수소를 얻는 촉매에서 백금을 줄이다

물을 전기분해하면 (-)극에서는 물이 전자를 받아 수소가 생기고, (+)극에서는 물이 전자를 잃어 산소가 생깁니다. 두 전극에서 환원과 산화가 짝지어 일어나는 산화·환원 반응입니다.

그런데 이 반응은 이론 전압만으로는 거의 진행되지 않고, 더 큰 전압을 걸어 줘야 비로소 빨라집니다. 촉매는 이 추가 전압, 즉 과전압을 낮춰 같은 전기로 더 많은 수소를 얻게 합니다. 백금은 수소를 만드는 반응에서 과전압이 낮아 오래 쓰여 왔지만, 값이 비싸고 매장량이 적습니다.

그래서 백금을 아끼는 두 갈래 연구가 진행됩니다. 하나는 백금을 원자 한 개씩 떼어 지지체 표면에 흩뿌리는 단일원자 촉매입니다. 덩어리로 뭉쳐 있으면 표면 원자만 일하지만, 한 개씩 흩어 놓으면 모든 원자가 반응에 참여해 같은 양으로 훨씬 많은 일을 합니다. 다른 하나는 값싼 전이금속으로 백금을 아예 대신하려는 연구입니다. KAIST 연구진은 백금을 텅스텐 산화물 위에 단일원자로 분산해 활용도를 크게 높이는 성과를 내놓았습니다.