최근 수소를 에너지원으로 사용하는 연료전지 산업의 규모가 증가함에 따라, 이산화탄소의 배출 없이 에너지 효율적으로 수소를 생산하는 기술이 관심을 받고 있으며 금속과 물의 반응을 이용하여 수소를 얻는 방법이 제시되고 있다. 그중 알루미늄은 낮은 가격과 풍부한 매장량 및 높은 효율(1.36 L of H₂ from 1 g of Al in ambient conditions) 등의 장점을 바탕으로 활발히 연구되고 있다. 알루미늄 금속은 강산이나 강알칼리 용액에서는 부식 과정에서 수소를 발생시키지만, 중성 근처의 pH 에서는 표면의 자연산화막(Al₂O₃)에 의해 부동태화 되어 물과 반응하지 않는다. 그러나 산 또는 알칼리 용액에서 수소생산 공정은 고내식성의 장비를 필요로 하기 때문에 다루기가 어려우며 고비용의 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 중성의 용액에서 수소를 생산하기 위해 갈륨 액체금속을 촉매로 사용하여 알루미늄의 부식을 촉진하고 물로부터 수소를 발생시켰다. SEM, XRD, Optical microscope 를 통해 수소 발생 반응에 영향을 줄 수 있는 알루미늄과 갈륨의 물리적, 화학적 특성을 조사하여 반응 조건(반응 온도: 35 ℃, 전해질: 0.4 M NaCl)을 설정하였다. 또한, 갈륨 촉매와 알루미늄의 접촉은 알루미늄 입계를 따라 일어나므로 저농도 HF 용액으로 알루미늄을 표면 처리한 후, 수소 발생 반응에 미치는 영향을 확인하였다. SEM-EDS, AFM 을 통해 수소 생산 반응의 메커니즘을 조사하였으며, 수소 생산 반응으로 부식된 알루미늄의 물리적 특성을 조사하였다.
촉매의 유무와 온도 변화에 따른 알루미늄-물 반응의 수소 생산 성능을 수상치환 시스템을 구성하여 측정하였다. 그리고 갈륨 촉매의 도입으로 설계된 중성 용액에서의 수소 생산 성능을 기존의 산 또는 알칼리 용액에서의 성능과 비교하였다. 갈륨 촉매의 재사용 실험과 반응 후 회수된 갈륨의 XRD 를 통해 갈륨을 5 회 재사용했음에도 촉매 성능을 유지하며 반응 후에도 화학적 특성이 회복된다는 것을 확인하였다.
XRD, XPS 를 통해 가스 형태의 수소를 제외한 반응의 부산물로는 유용한 자원으로 사용될 수 있는 수산화알루미늄이 생성되는 것을 확인하여 시스템의 재활용 가능성을 입증하였다.