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[IT뉴스]“값비싼 백금 촉매” 끝까지 다 쓴다…수소 생산효율 극대화 ‘촉매’ 개발

온카뱅크관리자

2026-04-07 10:47:30

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> - GIST 신소재공학과 윤명한 교수팀 - 활성면적 2.4배, 촉매성능 3.2배↑ 
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 <img alt="윤명한(왼쪽부터) GIST 신소재공학과 교수와 이다영 박사.[GIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/07/ned/20260407104603945jmjo.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="u2p9ZyRf1d" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/07/ned/20260407104603945jmjo.jpg" width="658">
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 윤명한(왼쪽부터) GIST 신소재공학과 교수와 이다영 박사.[GIST 제공]
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 [헤럴드경제=구본혁 기자] 광주과학기술원(GIST)은 신소재공학과 윤명한 교수 연구팀이 전도성 고분자 필름 ‘피도트 피에스에스(PEDOT:PSS)’를 활용, 수소 생산에 필수적인 백금 촉매가 전극의 ‘표면’을 넘어 ‘내부 전체’에 고르게 퍼지도록 하는 차세대 촉매 기술을 개발했다고 밝혔다.
 백금(Pt)은 물을 전기분해해 수소를 만드는 수소 발생 반응(HER)에서 가장 뛰어난 성능을 보이는 핵심 촉매로, 반응 속도가 빠르고 수소를 안정적으로 생성하는 높은 활성도를 갖는다.
 그러나 가격이 매우 비싸 전극 표면에 얇게 코팅하는 방식으로 제한적으로 사용되며, 이로 인해 실제 반응에 참여하는 면적이 좁다는 한계가 있다. 또한 시간이 지나면 입자가 뭉치거나 떨어져 성능이 저하되는 문제도 있다.
 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해, 백금 입자를 단순히 작게 만드는 대신 ‘촉매가 작동할 수 있는 공간 자체’를 전극 내부까지 확장하는 새로운 전략을 제시했다.
 이를 위해 전기가 잘 통하고 물속에서 부풀 수 있도록 설계한 머리카락 굵기의 1000분의 1 수준(약 60 나노미터(nm))의 매우 얇은 전도성 고분자(PEDOT:PSS) 필름을 황산으로 처리, 전도성이 낮은 성분을 제거하고 내부에 미세 통로가 형성된 ‘다공성 나노섬유 구조’로 만들었다.
 이 구조는 물속에서 적절히 팽창하며 내부에 통로를 형성해 전하와 이온이 자유롭게 이동할 수 있도록 하고, 백금이 필름 내부 깊숙이 침투해 나노 입자로 자리잡을 수 있는 환경을 제공한다.
 연구팀은 이어 백금 이온이 포함된 용액에서 ‘펄스 전류 전기전착’ 공정을 적용, 백금이 필름 표면이 아닌 내부까지 스며들어 균일하게 형성되도록 했다.
 그 결과, 기존처럼 표면에만 집중되던 백금과 달리 필름 전체에 고르게 분산된 구조를 구현하는 데 성공했다.
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 촉매의 구조적 특징.[GIST 제공]
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 이렇게 제작된 전극은 물속에서도 안정적으로 구조를 유지하면서 적절히 팽창, 물 분자와 백금이 필름 내부까지 자유롭게 이동할 수 있도록 함으로써 전극 ‘전체 부피’에서 촉매 반응이 일어나도록 한다.
 연구팀은 이 구조를 통해 동일한 양의 백금을 사용할 때 실제 반응에 참여하는 면적을 기존 대비 2.4배 이상 확대하고, 백금 1g당 촉매 성능을 약 3.2배 향상시켰다.
 또한 수소 생성 반응뿐 아니라 메탄올 산화 반응에서도 더 높은 활성도를 보였으며, 빛을 비추면 반응 속도가 더욱 증가하는 효과도 확인했다.
 이를 통해 적은 양의 귀금속으로도 높은 활성과 반응 속도를 구현할 수 있는 다기능 전극 플랫폼으로의 활용 가능성을 확인했다.
 윤명한 교수는 “이번 연구는 백금을 전극 표면에만 올리는 기존 방식에서 벗어나, 전극 구조 자체를 설계해 반응 공간을 내부까지 확장함으로써 귀금속 촉매의 활용 효율을 극대화한 사례”라며 “적은 양의 백금으로도 높은 성능을 구현할 수 있어 수소 생산, 연료전지, 다양한 전기화학 에너지 변환 기술은 물론 바이오·생체 친화 전기화학 장치에도 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
 한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구결과는 국제학술지 ‘스몰(Small)’에 3월 31일 게재됐다.
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