▲ 라자트싱 칼루술링감 박사후연구원

이번 연구는 심준호 교수와 라자트싱 칼루술링감 박사후연구원이 공동으로 수행했으며, 미국화학회(ACS) 발행 학술지 ACS Applied Energy Materials(2025년 10월호)에 부표지 논문으로 게재됐다.

연구팀은 니켈-몰리브덴 하이드록사이드(NiMo−OH) 전극에 셀레늄을 도입해 전하 전달 통로를 효율적으로 개선하고 전자 이동 속도를 높였다. 이를 통해 반응 속도가 향상되어 수소 생산 과정이 더욱 안정적이고 에너지 효율적으로 진행될 수 있었다.

특히 새로 개발된 촉매는 백금(Pt)·이리듐(Ir) 등 기존 귀금속 촉매에 버금가는 성능을 보였으며, 1.46V의 낮은 전압으로 수소를 생산할 수 있었다. 이는 기존 수전해 방식(1.58V)에 비해 약 8%의 전력 절감 효과를 나타내는 수치로, 수소 1㎏ 생산 시 전력 소모가 42.4kWh에서 39.2kWh로 줄어드는 효과를 얻었다.

또한 사용된 셀레늄의 양은 전극당 0.24g으로, 원가로 환산하면 약 8원(0.006달러)에 불과해 경제성 또한 입증됐다. 연구팀은 전기화학 임피던스 분석(EIS)과 반응속도 실험을 통해 셀레늄이 계면 전하 밀도를 조절하고 활성화 에너지 장벽을 낮추는 핵심 역할을 한다는 점을 확인했으며, 장시간 구동에도 구조적 손상이 거의 없는 높은 내구성을 확보했다.

심 교수는 “셀레늄은 단순한 첨가물이 아니라 전극 내부에서 전자의 이동 경로를 열어주는 핵심 매개체”라며 “저비용·고효율의 수소 생산과 동시에 요소 성분이 포함된 폐수 정화까지 가능한 친환경 탄소중립형 시스템의 기반이 될 것”이라고 밝혔다.

한편, 심 교수팀의 신장우 석사과정생이 참여한 또 다른 연구는 ACS Energy & Fuels(2025년 9월호) 부표지 논문으로 게재됐다. 이 연구에서는 암모니아를 수소 운반체로 활용하는 촉매(Exfoliated CoNiAl-LDH@rGO)를 개발해, 비귀금속 기반 시스템으로 48시간 이상 안정적인 수소 생산이 가능함을 입증했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 이공분야 개인기초연구지원사업(중견연구) 지원을 받아 수행됐다.