[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 정유성 교수팀이 심층 학습(딥러닝)을 통해 고활성 백금 와이어의 수소 발생 메커니즘을 규명하는 데 성공했다고 30일 밝혔다.

백금은 전기차 등에 사용되는 연료 전지에 쓰이거나 물의 전기 분해를 통해 수소를 얻는 데 사용되는 중요한 촉매이지만 가격이 비싸 기술 보급에 걸림돌이 되고 있다.

이를 해결하는 방법의 하나로 최근 백금을 톱니 와이어 모양으로 합성해 백금의 양을 10배 정도 절약하는 연구들이 발표돼 큰 파장을 불러일으켰지만 아직 그 메커니즘이 규명되지 않았다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 복잡한 촉매 표면의 성질을 빠르게 예측하는 딥러닝 방법들을 고안하고 톱니 백금 와이어에 적용해 해당 촉매의 높은 수소 활성 메커니즘을 규명했다.

연구과정을 보면 복잡한 표면의 시뮬레이션 비용을 줄이기 위해 딥러닝 기법과 양자역학, 키네틱 몬테 카를로 등 실험을 합쳐서 기존에는 도전적이었던 톱니 백금 나노와이어의 매카니즘을 확인했다.

특히 규명된 메커니즘은 기존에 직관으로 알려진 촉매 메커니즘과 다르다는 것이다.

기존에는 물에 있는 양성자의 흡착과 수소 짝지움 반응이 표면 전체에서 동시에 일어나는 것으로 알려져 있으나 백금 와이어에선 두 반응이 빠르게 일어나는 위치가 개별적으로 있어 촉매 활성에 상승작용이 일어나는 것으로 발견됐다.

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.

KAIST 생명화학공학과 구근호 박사후연구원이 제1저자로 참여하고 톱니 백금 와이어를 합성한 캘리포니아대학교 로스앤젤리스(UCLA)의 듀안 교수 연구팀과 캘리포니아 공과대학교(Caltech)의 고다드 교수 연구팀이 함께 참여한 연구성과는 미국화학회가 발행하는 국제학술지 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)에 3월 17일 게재됐다.

이 연구는 과학기술정보통신부 산하 한국연구재단의 중견연구자 기초연구사업과 PEMWE용 저가의 고성능 수소 발생반응 촉매 개발 사업의 지원을 받아 수행됐고 KISTI의 슈퍼컴퓨터 자원이 활용됐다.