국내 연구진이 미래 청정에너지원으로 주목받는 수소 생산에 쓰이는 고가의 백금 촉매를 제조비용이 100분의 1 이하인 황화니켈(NixSy) 촉매로 대체할 수 있는 원천기술을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 연료전지연구센터 유성종 박사팀은 29일 나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 크기 구조의 단결정 황화니켈을 사용해 백금을 대체할 수 있는 내구성을 갖춘 고성능·저가형 수소 발생 촉매를 개발했다고 밝혔다.
이 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘나노스케일’(Nanoscale, 3월 28일자)에 표지논문으로 게재됐다.
수소연료전지 등 수소가 친환경 청정에너지원으로 주목받으면서 수소 생산 연구가 활발히 진행되고 있으나 물 전기분해법은 에너지 이용 효율이 낮고, 전극을 소형화해야 하는 등 아직 많은 걸림돌이 남아 있다.
특히 수소 발생용 전극 재료로는 백금이 가장 우수하지만 백금촉매가 전체 수소 생산 비용의 30%를 차지할 정도로 비싸 이를 대체할 소재를 개발하는 것이 큰 과제였다.
연구진은 이번 연구에서 계산과학에 기반을 둔 설계를 통해 많은 니켈 화합물 중 황화니켈이 수소 발생 촉매 활성도가 우수하다는 것을 밝혀내고 단결정 나노구조의 황화니켈 화합물을 합성하는 데 성공했다.
단결정 황화니켈 나노입자 표면에서는 니켈 금속과 황 사이에 일어나는 강한 전자 상호 작용으로 니켈 금속의 전자 구조가 변하면서 수소 발생 반응에 유리한 촉매 활성점이 극대화되는 것으로 나타났다.  
황화니켈 화합물 나노입자는 전기화학적 활성이 극대화돼 그동안 물 분해반응에 많이 사용되던 순수 니켈 촉매보다 활성이 2배 이상 증가, 백금과 동등한 수준을 보였다.
연구진은 단결정 황화니켈 화합물은 풍부한 니켈을 기반으로 하고 합성과정 역시 한 단계 공정으로 이루어지기 때문에 제조비용이 백금을 사용한 기존 공정의 100분의 1 이하로 저렴하다고 설명했다.  
유성종 박사는 “미래 청정에너지에 대한 관심이 높아지고 있어 물에서 수소 같은 화학에너지를 생산하는 기술의 상용화가 무엇보다 중요해지고 있다”며 “이 연구는 수소에너지 상용화를 한발 앞당긴다는 데 의미가 있다”고 말했다.