(윗줄 왼쪽부터)석사과정 안희은 씨, 라자 아루무감 센틸 박사, 석박사통합과정 정시언 씨, 최명룡 교수와 연구개요.(사진=경상국립대 제공)

경상국립대학교는 자연과학대학 화학과 최명룡 교수(광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터장) 연구팀이 펄스 레이저 기반 정밀 합성 기술을 활용해 루테늄-탄소 코어-셸 구조(Ru@C)의 고성능 전기촉매를 개발하고, 외부 전력이 필요 없는 수소 생산 시스템을 구현하는 데 성공했다고 20일 밝혔다.

이번 연구는 전기화학 반응을 이용해 수소를 생산하면서도 외부 에너지 공급 없이도 스스로 작동할 수 있는 자가 구동형 수소 생산 기술로서, 에너지 변환과 환경 정화를 동시에 달성할 수 있는 융합형 청정에너지 솔루션으로 주목받고 있다. 연구 성과는 에너지·전기화학 분야 세계적 권위의 학술지 '이사이언스(eScience)'(IF: 42.9)에 최근 온라인 게재됐다.

최명룡 교수 연구팀은 수소 발생 반응과 하이드라진 산화 반응을 동시에 높은 효율로 수행할 수 있는 이중기능 촉매를 중심으로, 자가 구동형 수소 생산이라는 실용적 시스템을 구현했다. 펄스 레이저를 이용해 액상 환경에서 루테늄 나노입자를 그래핀 유사 탄소로 감싼 코어-셸 촉매를 합성했으며, 해당 촉매는 매우 낮은 전압에서도 안정적인 전기화학 반응을 유도했다.

이를 기반으로 한 아연-하이드라진 전지는 높은 에너지 효율과 긴 수명을 가지며, 방전 과정에서 수소를 생산하는 기능을 수행한다. 또한 아연-하이드라진 전지는 전체적인 하이드라진 분해 반응 시스템과의 연계를 통해 외부 전원 없이 자가 구동 수소 생산이 가능하다는 점에서, 지속 가능한 에너지 시스템 구현을 위한 유의미한 기술적 성과를 제시한다.

특히 이 시스템은 수소 생산과 더불어, 하이드라진을 포함한 산업 폐수 정화에도 활용 가능해 에너지 변환과 환경 정화를 동시에 달성하는 지속가능한 에너지-환경 융합형 솔루션으로 주목된다.

연구팀은 “이번 연구는 레이저 기반 친환경 촉매 합성과 수소 에너지 시스템의 융합을 통해, 미래형 전기화학 에너지 시스템으로 한 걸음 나아간 성과”라며 “앞으로 산업 현장과 연계할 수 있는 실용화 기술로 발전시켜 나갈 계획이다”라고 밝혔다.

이번 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 수행했다.