광운대 전자공학과 연구팀 '고효율 전기촉매' 개발…탄소중립 기여

이지훈 광운대학교 전자공학과 교수(오른쪽 사진)와 하산 존니 연구원./사진제공=광운대

광운대학교는 이지훈 전자공학과 교수 연구팀이 글로벌 탄소중립 달성에 도움 될 '고효율 전기촉매'를 개발했다고 4일 밝혔다.

연구팀은 하산 존니 전자공학과 연구원(제1저자)과 저비용 고효율 그린수소 생산을 위한 새로운 FeWB(철텅스텐붕소 화합물, iron tungsten boride compound) 스노우 크러스트 (snow-crust, SC) 전기촉매를 수열 반응과 진공 어닐링 처리를 통해 개발했다. 고효율 전기촉매를 개발하는 것은 지속 가능한 수소 에너지를 생성하는 데 중요하다.

이번 연구 프로젝트에서 FeWB 스노우 크러스트(snow-crust, SC) 전기촉매는 수열 반응과 진공 어닐링 처리를 과정을 통해 제조됐다. FeWB 스노우 크러스트는 산소 발생 반응(Oxygen Evolution Reaction, OER) 및 수소 발생 반응(Hydrogen Evolution Reaction, HER)에 대해 100mA/cm²에서 낮은 과전위(246mV 및 135mV)를 보여, 세계 최고 성능의 OER 전기촉매 중 하나임을 보여줬다.

이중 기능성 FeWB스노우 크러스트는 기존 벤치마크 시스템(Pt/C || RuO2)에 비해 2.96V (1M KOH 중 2000mA/cm²)의 매우 낮은 2-E 셀 전압을 나타냈다. FeWB SC는 열악한 산업 조건(60°C에서 6M KOH)에서 어떠한 저하 징후 없이 6일 이상 지속 작동해 우수한 안정성을 보였다.

Pt/C || FeWB 하이브리드 구조는 산소를 잘 만들어내는 특성이 뛰어나서, 6M KOH 환경에서 2000mA/cm²의 전류 밀도에서도 단 2.51V의 낮은 전압으로 작동했다.

또한 FeWB 스노우 크러스트 전기촉매는 보다 넓은 화학적 활성 표면적, 개선된 고유 특성 및 높은 전도성을 나타내며, 이는 촉매작용에 대한 반응 중간체의 흡수·탈착을 가속화하는 데 필수적이다. B에서 Fe 및 W로의 운동 전자 전달은 빠른 분할 반응을 위해 매우 활동적인 전자가 풍부한 금속 반응 센터를 생성할 수 있다.

연구팀은 하산 존니(Mehedi Hasan Joni, 박사과정, 광운대 제1저자), 임술삼(Shusen Lin 중점연구소 연구원, 광운대), 아하산(Md Ahasan Habib, 박사과정, 광운대), 슈미야(Sumiya Akter Dristy, 박사과정, 광운대), 루투자(Rutuja Mandavkar, 박사과정, 광운대), 이지훈 교수(광운대 - 교신저자)이며, 광운대 단독연구로 진행했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단과 교육부가 추진하는 Brain Korea 21 Plus (BK-21+), 중점연구소 사업 및 광운대학교의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 과학전문 학술지 Nano Materials Science (JCR IF: 12.6) 2025년 2월 "Designing highly proficient FeWB snow-crust electrocatalyst for accelerated water-splitting toward industrial applications"의 제목으로 게재됐다.

경기=이민호 기자 leegija@mt.co.kr