KAIST, 딥러닝 통해 수소 발생 메커니즘 규명
KAIST, 딥러닝 통해 수소 발생 메커니즘 규명
  • 권성하 기자
  • 승인 2021.04.29 15:43
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정유성 교수 연구팀, 톱니 구조 고활성 백금 촉매에서 수소 발생 원리 찾아
KAIST 생명화학공학과 정유성 교수 연구팀이 심층 학습을 통해 고활성 백금 와이어의 수소 발생 메커니즘을 규명했다. 톱니 백금 와이어에서 양성자 흡착이 잘 일어나는 흡착 반응 자리(빨강색)와 수소 분자가 형성되는 짝지음 반응자리(파랑색)가 상승작용을 통해 촉매 활성을 키운다는 연구 결과다.(교육사랑신문 권성하 기자)
KAIST 생명화학공학과 정유성 교수 연구팀이 심층 학습을 통해 고활성 백금 와이어의 수소 발생 메커니즘을 규명했다. 톱니 백금 와이어에서 양성자 흡착이 잘 일어나는 흡착 반응 자리(빨강색)와 수소 분자가 형성되는 짝지음 반응자리(파랑색)가 상승작용을 통해 촉매 활성을 키운다는 연구 결과다.(교육사랑신문 권성하 기자)

KAIST 생명화학공학과 정유성 교수 연구팀이 심층 학습을 통해 고활성 백금 와이어의 수소 발생 메커니즘을 규명하는 데 성공했다.

KAIST는 29일 정유성 교수 연구팀이 복잡한 촉매 표면의 성질을 빠르게 예측하는 딥러닝 방법들을 고안했고, 이를 톱니 백금 와이어에 적용해 해당 촉매의 높은 수소 활성 메커니즘을 규명했다고 밝혔다.

백금은 전기차 등의 연료 전지에 쓰이거나 물의 전기 분해를 통해 수소를 얻는 데 사용되는 중요한 촉매다. 하지만 가격이 비싸 기술 보급에 걸림돌이 돼 왔다.

대안으로 백금을 톱니 와이어 모양으로 합성해 백금의 양을 10배 정도 절약하는 연구들이 발표됐지만 아직 해당 메커니즘이 규명되지는 않았다.

정유성 교수
정유성 교수

 

정 교수 연구팀이 규명한 톱니 백금 와이어에서의 수소 발생 메커니즘은 기존에 알려진 촉매 직관을 깨는 새로운 메커니즘이다.

톱니 백금 표면의 울퉁불퉁한 구조 안에 흡착반응을 잘 일으키는 반응 자리와 짝지음 반응을 잘 일으키는 반응 자리가 따로 존재하는데 이 두 자리의 상승 작용이 촉매 활성을 400% 이상 증가시키는 원리다.

정유성 교수는 "분자 수준에서 분업을 통해 전체 반응 효율을 높이는 개념들이 기존에도 있긴 했지만 단일성분인 백금에서 구조에 따른 분업 현상이 규명된 것은 이번이 처음"이라며 "단일성분 촉매의 구조를 변화시킴으로써 촉매의 효율을 높일 수 있는 새로운 관점과 설계원리를 제시했다는 점에서 의미가 있다"고 말했다.

이번 연구는 KAIST 생명화학공학과 구근호 박사후연구원이 제1 저자로 참여하고, 톱니 백금 와이어를 합성한 캘리포니아대학교 로스앤젤리스(UCLA)의 듀안 교수 연구팀과 캘리포니아 공과대학교(Caltech)의 고다드 교수 연구팀이 함께 참여했다. 연구성과는 미국화학회가 발행하는 국제학술지 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society) 온라인 3월 17일자에 실렸다.

정유성 교수팀은 딥러닝과 양자역학 계산, 멀티스케일 기법 및 실험을 통해 톱니 백금 와이어의 높은 수소 발생 효율 메커니즘을 새롭게 규명했다.(교육사랑신문 권성하 기자)
정유성 교수팀은 딥러닝과 양자역학 계산, 멀티스케일 기법 및 실험을 통해 톱니 백금 와이어의 높은 수소 발생 효율 메커니즘을 새롭게 규명했다.(교육사랑신문 권성하 기자)