백금 대체 할 이리듐 기반 합금 촉매 개발 , 연료전지 내구 성 향상 시켜 수명 연장 한다 보 기 
 백금 대체 할 이리듐 기반 합금 촉매 개발 , 연료전지 내구 성 향상 시켜 수명 연장 한다 
 연료전지 연구 센터 유성종 , 함형 철 박사 팀 
 - 양자 역학 계산 과 나노 촉매 합성 기술 로 설계 및 성능 검증 , 연료전지 수명 향상 기대 
 - 차세대 에너지 변환 소재 의 설계 및 제조 기술 발전 에 기여 할 것 으로 전망 
 연료전지 는 수소 와 산소 의 전기 화학 반응 에 의한 전기 에너지 발생 과정 에서 물 만 배출 하 여 차세대 친환경 에너지원 으로 각광 받 고 있 다 . 연료전지 는 1960 년 대 부터 우주 발사체 전원 등 에 도 이용 되 어 왔 는데 , 에너지 발생 을 위한 촉매 로 전기 화학 적 활성 이 우수 한 백금 기반 의 나노 입자 를 사용 하 는 것 이 일반 적 이 었 다 . 최근 국내 연구 진이 양자 역학 계산 ( Density Functional Theory ) 과 나노 촉매 합성 기술 을 사용 하 여 백금 을 대체 할 수 있 는 이리듐 ( Ir , Iridium ) 기반 합금 촉매 를 개발 하 여 연료전지 내구 성 을 향상 시키 는 데 성공 했 다고 밝혔 다 . 
 한국 과학 기술 연구원 ( KIST , 원장 이병권 ) 연료전지 연구 센터 유성종 , 함형 철 박사 팀 은 양자 역학 계산 을 사용 하 여 소재 를 구성 하 는 원자 와 전자 구조 의 물리 · 화학 적 제어 를 통해 촉매 내부 에 크롬 이 추가 된 이리듐 표면 단층 촉매 를 도출 하 였 다 . 또한 이 를 나노 수준 의 전기 화학 실험 을 통해 성공 적 으로 합성 하 여 기존 순수 이리듐 에 비해 성능 이 약 12 배 이상 증가 하 고 안정 성 은 백금 수준 이상 으로 증가 했 다는 것 을 확인 하 였 다 . 
 일반 적 으로 고분자 전해질 연료전지 에서 는 에너지 발생 의 핵심 역할 을 하 는 촉매 로 전기 화학 적 활성 이 우수 한 백금 기반 의 촉매 를 사용 해왔으나 , 비싼 가격 과 소재 자체 의 안정 성 에 대한 단점 이 있 었 다 . 연료전지 용 소재 는 장시간 산성 환경 에 노출 되 는데 , 백금 은 촉매 전체 의 내구 성 을 감소 시키 므로 안정 성 측면 에서 한계 를 가지 고 있 었 다 . 
 KIST 연구 진 은 소재 안정 성 이 뛰어나 지만 성능 이 낮 은 것 으로 알려진 이리듐 ( Ir , Iridium ) 을 활용 하 여 , 다양 한 전이 금속 을 첨가 하 고 촉매 내부 및 표면 의 원자 분포 를 변화 시켰 다 . 그리고 , 촉매 성능 과 내구 성 을 양자 역학 계산 을 사용 하 여 예측 하 여본 결과 , 촉매 내부 에 크롬 이 주입 된 ( Doping ) 이리듐 표면 단층 촉매 가 산소 친화력 을 감소 시키 고 동시 에 내 구성 을 향상 시켜 연료전지 의 전기 화학 적 산소 환원 반응 에 있 어서 우수 한 특성 을 갖 는다는 것 을 밝혀냈 다 . 연 구진 은 연료전지 촉매 로 는 거의 사용 되 지 않 았 던 이리듐 을 원자 및 전자 레벨 수준 에서 의 표면 및 내부 전자 구조 제어 기술 을 통해 크롬 합금 촉매 에 사용 하 게 되 면 안정 성 및 활성 이 증가 하 여 
 연료전지 용 촉매 소재 로 활용 가능 하 다는 것 을 밝혔 다 . 
 연 구진 은 촉매 내부 에 크롬 주입 ( Doping ) 으로 이리듐 기반 합금 촉매 의 산소 친화력 감소 및 산소 환원 반응 성 과 내구 성 증가 로 이어지 게 되 는데 , 연구 진 은 양자 역학 계산 을 통해 촉매 의 성능 및 안정 성 의 증가 를 확인 하 였 고 , 계산 과학 적 인 관점 에서 앞 으로 의 산소 환원 반응 용 촉매 설계 원리 를 제시 하 여 연료전지 촉매 의 확장 성 에 기여 할 수 있 다는 점 에서 큰 의의 를 지닌다 . 
 KIST 함형 철 박사 는 “ 이번 연구 는 연료전지 촉매 소재 의 활성 과 내구 성 향상 에 대한 원리 규명 및 초고속 후보 물질 의 탐색 에 있 어서 양자 역학 계산 의 중요 성 을 확인 해 주 는 결과 ” 라 말 했 다 . 또한 KIST 유성종 박사 는 “ 향후 차세대 에너지 변환 소재 의 설계 및 제조 기술 발전 에 기여 할 수 있 을 것 으로 기대 한다 . ” 고 연구 의의 를 밝혔 다 . 
 본 연구 는 과학 기술 정보 통신부 ( 장관 유영민 ) 지원 을 바탕 으로 한 KIST 기관 고유 사업 및 한국 에너지 기술 평가 원 , 한국연구재단 의 지원 으로 수행 되 었 으며 , 연구 결과 는 촉매 분야 의 국제 학술 저널 인 ‘ Applied Catalysis B : Environmental ’( IF : 9 . 446 , JCR 상위 1 . 020 %) 최신호 에 온라인 게재 되 었 다 . 
 * ( 논문 명 ) Computational and Experimental Design of Active and Durable Ir - based Nanoalloy for Electrochemical Oxygen Reduction Reaction 
 - ( 제 1 저자 ) 한국 과학 기술 연구원 조진원 연구원 
 - ( 교신 저자 ) 한국 과학 기술 연구원 함형 철 박사 , 유성종 박사 
 < 그림 1 > 촉매 표면 원자 - 원자 길 이 , 표면 원자 의 d - 오비탈 전자 점유 율 엔지니어링 을 통한 표면 단층 합금 촉매 의 컴퓨터 설계 , 나노 촉매 합성 기술 을 통한 촉매 성능 검증