경상국립대학교(GNU·총장 권순기) 화학과 최명룡 교수(광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터장) 연구팀과 국립목포대학교(총장 송하철) 화학과 김태우 교수 연구팀이 공동연구를 통해 물 분해를 통한 청정 수소 에너지 생산의 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 새로운 전극 촉매를 개발했다.

이번 연구 성과는 우수성을 인정받아 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발행하는 화학 및 에너지 분야의 저명학술지인 ≪저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A(Journal of Materials Chemistry A)≫(IF: 11.9)의 4월호 앞표지(Outside front cover)와 우수 논문(Hot paper)으로 선정됐다. 

최명룡 연구팀은 새롭고 간단한 펄스 레이저 조사 전략을 통해 이리듐이 도핑된 니켈-철 층상 이중 하이드록사이드(NiFeIr-LDH)를 성공적으로 설계했다. 특히, 이 레이저로 합성한 NiFeIr-LDH는 1M KOH 전해질에서 기존 방식으로 합성한 니켈-철 층상 이중 하이드록사이드(NiFe-LDH)나 산화이리듐(IrO2)에 비해 현저히 낮은 과전압(246mV)을 보이며 산소 발생 반응(OER) 성능에서 우수함을 입증했다.

특히, NiFeIr-LDH는 12시간 동안 뛰어난 촉매 안정성을 보였다. 이러한 성능 향상은 실시간 라만 분광법과 이론 연구를 통해 이리듐 도핑 후 NiFe-LDH의 전자 구조가 효과적으로 조절되었기 때문으로 확인되었다.

뿐만 아니라, 레이저로 합성한 촉매를 사용한 전해기(NiFeIr-LDH(+)∥Pt/C(−))가 표준 전극을 사용한 전해기(IrO2(+)∥Pt/C(−))보다 낮은 셀 전압(1.53V)만으로 10mA cm−2를 생산할 수 있었다. 이 연구는 산업용 알칼리성 수소 전해기에서 사용될 수 있는 고효율 및 장기 안정성을 지닌 OER 전기촉매 개발에 필수적인 통찰을 제공한다. 이는 수소 생산 장치의 성능을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 방법을 제시하며, 미래 청정 에너지 기술 발전에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

해당 연구 수행은 한국연구재단(NRF)과 교육부에서 주관하는 기초과학 연구역량 강화사업의 ‘광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터’ 지원으로 수행됐다.