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한양대학교 화학공학과 서영웅 교수 연구팀은 액체유기수소운반체(LOHC) 기반 수소 저장·방출 기술의 한계를 극복할 수 있는 고효율·고내구성 백금 촉매 설계 전략을 제시했다고 밝혔다.

액체유기수소운반체(LOHC)는 기존 기체 수소 대비 저장과 운송이 용이해 차세대 수소 에너지 기술로 주목받고 있지만, 수소를 방출하는 탈수소 반응 과정에서 촉매의 활성 저하와 장기 안정성 문제가 핵심 과제로 남아 있었다. 특히 백금(Pt) 촉매는 높은 활성에도 불구하고 고온 조건에서 입자 성장과 부반응 생성으로 인해 성능이 빠르게 저하되는 한계가 있다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해, 환원 가능한 산화물인 TiO₂와 비환원성 Al₂O₃를 이종적으로 결합한 새로운 촉매 구조를 설계했다. 용매를 거의 사용하지 않는 고체상 혼합 기반 합성법을 통해, 백금 나노클러스터 일부에만 TiOx가 선택적으로 형성되는 ‘국소적 금속–지지체 상호작용(SMSI)’ 구조를 구현하는 데 성공했다.

이러한 구조에서는 백금 입자의 결함 부위만이 TiOx로 부분적으로 덮이면서, 수소 방출에 유리한 부분 산화된 Pt 종(Ptδ⁺)은 유지하고, 부반응과 촉매 열화를 유발하는 저배위 Pt 결함 사이트는 효과적으로 억제된다. 그 결과, 연구팀이 개발한 촉매는 상용 LOHC 분자인 메틸사이클로헥산(MCH)과 퍼하이드로벤질톨루엔(H12-BT)의 탈수소 반응에서 기존 촉매 대비 높은 수소 방출 속도와 우수한 선택도, 그리고 장시간 운전 안정성을 동시에 달성했다.

연구팀은 향후 이번 촉매 설계 개념을 바탕으로, 대규모 수소 저장·운송 공정에 적용 가능한 고내구성 촉매 개발과 더불어, 다른 수소 관련 반응(탈수소·수소화·전환 반응)으로의 확장을 추진할 계획이다.

이번 연구 결과는 촉매 분야 최고 권위 국제학술지인 Applied Catalysis B: Environment and Energy에 게재됐다. 

논문 「Localized formation of TiOx-tailored Pt nanoclusters on Al₂O₃ via a solid-state mixing approach for efficient and robust LOHC dehydrogenation」에는 한양대학교 조영인 박사가 제1저자로, 서영웅 교수가 교신저자로 참여했다.