전극 내부까지 반응 확대
백금 사용량 줄이고 효율↑
수소 생산 비용 절감 기대
에너지·바이오 확장 가능
![광주과학기술원(GIST) 윤명한 교수 연구팀이 적은 양의 백금으로도 높은 수소 생산 효율을 구현할 수 있는 차세대 촉매 기술을 개발했다. 윤명한 신소재공학과 교수(왼쪽), 이다영 박사. [GIST]](https://wimg.mk.co.kr/news/cms/202604/07/news-p.v1.20260407.e8af410216af47f6aaedae5ab38554b4_P1.jpg)
국내 연구팀이 적은 양의 백금으로도 높은 수소 생산 효율을 구현할 수 있는 ‘차세대 촉매 기술’을 개발했다.
광주과학기술원(GIST)은 7일 신소재공학과 윤명한 교수 연구팀이 전극 내부까지 촉매 반응이 일어나도록 설계한 차세대 수소 생산 촉매 기술을 개발했다고 밝혔다.
이번 연구는 값비싼 백금(Pt) 촉매의 활용 효율을 획기적으로 높였다는 점에서 주목된다. 기존 수소 생산 기술은 백금을 전극 ‘표면’에만 얇게 코팅하는 방식이어서 실제 반응에 참여하는 면적이 제한되고, 사용량 대비 효율이 낮다는 한계가 있었다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 전도성 고분자 ‘PEDOT:PSS’를 활용했다. 이는 전기와 이온이 모두 이동할 수 있는 소재로, 전자소자와 센서 등에 널리 쓰인다. 연구팀은 이 물질을 머리카락 굵기의 1000분의 1 수준인 약 60나노미터 두께의 얇은 필름으로 만든 뒤, 화학 처리를 통해 내부에 미세한 통로가 형성된 다공성 구조로 구현했다.
이 구조는 물속에서 팽창하며 내부에 빈 공간을 만들어 전하와 이온 이동을 원활하게 하고, 백금 입자가 전극 깊숙이 스며들 수 있는 환경을 제공한다. 이후 ‘펄스 전류 전기전착(전기를 이용해 금속을 입히는 기술, 펄스 방식은 전류를 끊어가며 흘려 입자를 더 균일하게 만드는 방법)’ 공정을 적용해 백금이 표면에 뭉치지 않고 내부까지 고르게 분산되도록 했다.
그 결과 전극 표면이 아닌 ‘전체 부피’에서 촉매 반응이 일어나는 구조가 구현됐다. 연구팀은 동일한 백금 사용량 기준으로 실제 반응 면적인 전기화학적 활성면적(ECSA·촉매 표면 중 실제 반응에 참여하는 유효 면적)이 기존보다 2.4배 이상 증가했고, 백금 1g당 촉매 성능도 약 3.2배 향상됐다고 설명했다.
이번 기술은 수소 생성 반응뿐 아니라 메탄올 산화 반응(MOR·메탄올이 반응하며 전기를 생성하는 과정으로 연료전지 핵심 반응)에서도 높은 활성을 보였으며, 빛을 비추면 반응 속도가 더 빨라지는 효과도 확인됐다. 이는 다양한 전기화학 에너지 장치에 적용 가능한 ‘다기능 전극 플랫폼’으로 활용될 수 있음을 의미한다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 산업통상자원부 등의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘Small’에 지난달 31일 온라인 게재됐다. GIST는 기술이전 및 사업화도 추진할 계획이다.
윤명한 교수는 “전극 표면 중심의 기존 설계에서 벗어나 내부까지 반응 공간을 확장한 것이 핵심”이라며 “적은 양의 귀금속으로도 높은 성능을 구현할 수 있어 수소 생산 비용 절감과 상용화에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
English (US) · 