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경상국립대학교 최명룡 교수팀, 하이드라진 기반 수소 생산 혁신 ▸레이저 촉매로 해수 전기분해·자체발전까지 실현 ▸《스몰(Small)》과 《스몰 메소즈(Small Methods)》 표지논문 선정 ▸“이리듐-탄소 복합체, 니켈-코발트-백금 합금…레이저가 만든 고효율 수소 시스템”
경상국립대학교(GNU·총장 권진회) 자연과학대학 화학과 최명룡 교수(광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터장) 연구팀은 하이드라진을 기반으로 하는 수소 생산 시스템을 획기적으로 개선한 2편의 연구를 재료과학, 나노기술, 에너지 분야를 포괄하는 세계적 수준의 저널인 《스몰(Small)》(IF: 13.0)과 《스몰 메소즈(Small Methods)》(IF: 10.7)에 각각 발표했다. 2편의 논문은 각각 이 저널들의 표지 논문으로 선정되었다.
이번 연구는 전기화학 촉매 설계의 새로운 방향을 제시하며, 해수 전기분해와 자체 발전형 수소 생산 시스템이라는 2가지 난제를 동시에 해결한 성과로 주목받고 있다.
첫 번째 연구는 《스몰》에 게재되었으며, 이리듐(Ir) 나노클러스터를 질소 도핑 탄소(NC) 지지체에 정밀하게 분산시킨 Ir–NC 촉매를 개발한 것이다. 해당 촉매는 수소 발생 반응(HER)과 하이드라진 산화 반응(HzOR)을 모두 높은 효율로 수행할 수 있는 이중기능성을 갖췄으며, 알칼리 해수 조건에서도 안정적인 성능을 유지한다.
연구진은 이 촉매를 하이드라진 기반 해수 전기분해 시스템(Overall Hydrazine Splitting)에 적용해 기존 물 전기분해보다 에너지 효율성이 크게 향상됨을 확인했다. 전자 구조 분석과 계산 과학 기반 연구 결과, 이리듐 클러스터와 탄소 지지체 간의 강한 상호작용이 반응 활성 부위를 정밀하게 조절하며 반응 에너지 장벽을 낮추는 데 기여한 것으로 나타났다. 해당 촉매는 아연-하이드라진 배터리에도 성공적으로 적용되어, 에너지 효율성과 안정성 측면에서 높은 실용 가능성을 보였다.
두 번째 연구는 《스몰 메소즈》에 발표된 논문이다. 이 연구는 니켈-코발트-백금(Ni–Co–Pt) 합금 촉매를 레이저 기반 신속 합성 기법을 통해 개발하고, 이를 하이드라진 기반 수소 생산과 자체 구동형 전기화학 시스템에 적용한 것이다.
연구진은 이 촉매를 활용해 하이드라진 산화와 수소 발생 반응을 모두 수행하는 전극을 구성하고, 낮은 전압으로 수소를 생성할 수 있는 전해 시스템을 구축했다. 또한, 동일한 촉매를 양극과 음극에 동시에 적용해 외부 전원 없이 작동 가능한 자체발전형 수소 생산 시스템을 실현했다.
연구진은 “이번 연구는 고가의 귀금속 사용을 최소화하면서도 하이드라진 기반 수소 생산 시스템에서 상용 촉매를 뛰어넘는 고효율을 구현한 사례”라며, “레이저 기반의 신속한 합성과 전기화학 성능 극대화를 동시에 달성함으로써, 실용적 수소 기술 개발의 새로운 가능성을 열었다”고 밝혔다.
이어 연구진은 “특히 해수 전기분해 조건에서 안정적으로 작동하는 촉매를 기반으로, 자체 발전형 수소 생산 시스템까지 구현함으로써 차세대 수소 경제의 중요한 전환점을 제시할 수 있을 것이다.”라고 덧붙였다.
해당 연구는 한국연구재단(NRF) 및 교육부가 주관하는 기초과학 연구역량 강화사업 ‘광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터’와 ‘인프라 고도화: 실시간 극저온 엑스선 흡수 분광기 구축을 통한 우주극한환경 대응 광화학 소재 개발’ 사업의 지원을 바탕으로 수행되었다.
ㅇ 사진 설명: 표지논문, 문철주 박사, 표지논문, 순다르 라잔 아카시프라부 박사과정, 라자 아루무감 센틸 박사, 최명룡 교수(왼쪽부터) ㅇ 내용 문의: 경상국립대학교 화학과 최명룡 교수 055-772-1492
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