수소 상온 산화를 위한 Pd/TiO2 촉매의 최적 제조 조건 연구

A Study on Optimal Preparing Method of Pd/TiO2 Catalytic for Hydrogen Oxidation at Room Temperature

본 연구에서는 수소 경제 사회에서 수소연료전지 후단에 발생되는 6% 이하의 누출⋅농축 수소를 안정적으로 제거하기 위한 촉매 산화 시스템을 개발하고자 하였다. 개발된 촉매는 열에너지 없이상온에서 수소를 즉시 산화할 수 있어 대응하지 못한 수소 누출 사고에 1차적으로 대응할 수 있는안전 시스템으로 활용할 수 있다. 본 연구에서는 대응하지 못할 수소 안전 사고를 예방하기 위하여 미반응 수소를 열원 없이 제거할 수 있는 상온 산화 촉매를 개발하고자 하였다. 세부적으로는 수소 산화에 우수한 성능을 갖는 Pd를 활성물질로 선정하였으며, 액상환원 또는 기상환원법을 기반으로 촉매를 제조 및 활성을 평가하였다. 그 결과, 액상환원 촉매는 1% 수소 농도 조건에서 99.9%의 산화 성능을 나타내었으며, 액상 환원 시 촉매 활성이 향상될 수 있던 근거를 확인하기 위하여 다양한 분석을수행하였다. 특히 촉매의 표면 결합 등을 분석하기 위하여 동일한 상온 산화 물질인 HCHO를 이용해FT-IR분석을 수행한 결과, H2O 물질이 흡착 사이트 역할을 하는 하이드록실 그룹으로 복원시키는역할로써 활용되었음을 밝혀내었다. 또한, 제조된 촉매는 수소 산화 중 발생한 발열에 노출되어 성능이 감소할 수 있는 가능성이 존재함에 따라, 촉매의 열내구성을 비교하기 위해 600 ℃의 온도에서24시간 열충격을 준 후 산화 성능을 비교하였다. 본 연구에서 도출된 최적 촉매 제조 방법은 예측되지 못한 수소 농축 및 안전사고에 대비할 수 있는 기술로 활용될 수 있으며, 특히 수소에너지 인프라를 구축하고 있는 현 기술 수준에서 저농도의 수소 환경에도 안전성을 확보할 수 있는 대표기술로자리잡을 수 있다고 판단하였다.