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왼쪽부터 이용걸 교수, 제1저자 전은서 석사과정생(사진 제공=단국대) |
연구팀이 개발한 기술은 물을 전기 분해해 수소를 생산하는 데 필요한 핵심부품인 전극 촉매 성능을 크게 개선한 것이다. 기존에는 주로 백금이 촉매로 사용됐지만 가격이 비싸 대량 생산에 한계가 있었다. 최근에는 몰리브덴 다이설파이드(MoS₂)가 값비싼 귀금속을 대신할 수 있는 수소 발생 촉매로 주목받았다. 하지만 전기가 잘 흐르지 않고 실제 촉매 반응이 일어나는 활성 지점이 적다는 한계가 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 전극 촉매에 반도체 제조 기술인 ‘분자선 에피택시(MBE)’ 공정을 도입했다. 이 기술을 활용해 실리콘 기판 위에 금속 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 다이설파이드(MoS₂)를 초진공 상태에서 원자 단위로 정밀 측정, 균일한 복합구조를 구현하는 데에 성공했다.
새로운 촉매는 전기 전도성을 높이고 수소 발생 반응이 일어나는 활성 지점을 크게 늘린 것이 특징이다. 기존 촉매 대비 수소 생산 효율이 약 2.3배(126%) 향상됐으며 장기 구동에도 높은 안정성을 유지했다.
이용걸 교수는 “이번 연구는 기존의 용액 기반 합성이나 화학기상증착(CVD) 공정으로는 구현이 어려웠던 구조·전자·촉매 성능의 인과관계를 명확히 규명했다는 점에서 의미가 크다”며 “차세대 촉매 설계와 공정 최적화를 통해 수소에너지 대량 생산 기반 구축에 활용될 수 있을 것”이라고 기대했다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업 등의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 재료과학 분야 저명 국제학술지(ACS Nano) 2월 10일 자에 게재됐다.
