수많은 화학 조합을 일일이 시험하는 대신, 데이터 분석으로 최적의 촉매를 빠르게 찾아내는 기술이 개발됐다.
일본 도호쿠대와 중국 화둥이공대 공동 연구팀은 데이터와 과학 이론을 결합해 기존보다 훨씬 효율적으로 촉매 후보 물질을 선별하는 방법을 개발했다고 16일 밝혔다. 이 연구 결과는 국제학술지 '앙게반테 케미' 최신호에 게재됐다.
연구팀은 이 방법을 통해 산소 발생 반응을 촉진하는 718개의 촉매 데이터베이스를 분석했다. 이후 이론적 모델과 통계 분석을 거쳐 루테늄산화물(RuO₂)의 성능을 높일 수 있는 20개의 후보 물질(도펀트)을 추려냈다.
최종적으로 가장 유망한 후보로 바나듐(V)이 선정됐다. 연구팀이 실제로 바나듐을 소량 첨가한 루테늄산화물 촉매(V-RuO₂)를 합성해 성능을 시험한 결과, 예측대로 높은 활성도와 장기적인 안정성을 보였다.
새로 개발된 촉매는 상용 루테늄산화물 촉매보다 월등히 뛰어난 성능을 나타냈다. 바나듐이 루테늄 활성 부위를 안정시키고 특정 화학 반응을 촉진해 전체 반응 효율을 높이는 것으로 확인됐다.
하오 리 도호쿠대 고등재료과학연구소(AIMR) 교수는 "이번에 개발된 선별법으로 내구성과 실용성을 모두 갖춘 유망 촉매를 정확히 찾아낼 수 있었다"고 설명했다. 그는 "더 효율적이고 내구성 있는 수전해 장치는 그린수소 생산 비용을 낮춰 미래 저탄소 화학 산업에 기여할 것"이라고 강조했다.
연구팀은 향후 이 데이터 기반 탐색 기술을 더 넓은 범위의 촉매 개발에 적용하고, 기계학습(머신러닝) 등을 통합해 연구 방법론을 더욱 고도화할 계획이다.