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창원대학교(총장 이호영) 스마트그린공학부 화학공학과는 이승화 교수 연구팀이 상온·상압에서 간단한 전기화학적 처리 기법을 통해 친환경 수소생산을 위한 니켈 전극의 성능 향상 기술을 개발하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.
이승화 교수 연구팀은 친환경 수소생산을 위한 전기화학적 물 분해 전극 촉매 및 시스템에 대한 연구를 수행 중이며, 연구팀에 따르면 전기화학적 물 분해(수전해) 방식은 수소 생산 과정 중 오염물이 배출되지 않기 때문에 ‘그린 수소’라고 불리면서 미래 수소 경제 사회의 핵심 요소기술이 될 전망이다. 수전해 시스템의 산화전극으로 사용되는 니켈의 성능 향상을 위해 많은 연구가 진행되고 있으며, 대표적인 표면 처리 기법이 불소(fluorine) 같은 할로젠 원소를 도핑하는 것이다.
현재 널리 활용되고 있는 불소 도핑 기술은 수백도씨 이상의 고온과 수MPa에 해당하는 고압 조건을 요구하고 있으며, 이러한 기술적 단점을 보완하고자 이승화 교수 연구팀은 상온·상압에서 활용 가능한 전기화학적 표면 처리 기법을 개발했다.
연구팀은 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)을 이용해 미량의 불소(Fluorine)를 니켈 전극 표면에 도핑시키고자 했고, 실시간 라만 분광학 분석(in-situ Raman spectroscopy) 기법을 활용해 불소가 니켈 전극 표면에 잘 도핑됐음을 확인했다.
또한 불소 도핑 결과, 니켈 전극의 수전해 시스템 산화전극 반응에 대한 과전압이 불소 도핑이 되지 않은 니켈 전극과 비교해 100mV 이상 감소한 것을 확인했다.
연구팀은 “학부생이 대학원생들과 함께 공동저자로 참여한 국제학술지 발표는 종종 있지만, 이번 연구 결과처럼 주저자(공동 제1저자)로 참여해 SCI급 학술지에 논문을 게재하는 경우는 매우 드물다고 할 수 있다. 이러한 성과는 울산·경남지역혁신플랫폼 스마트제조엔지니어링사업단 5C LAB의 지원을 통해 연구장비가 빠르게 구축됐기에 가능할 수 있었다”고 전했다.
실제로 이번 연구에서 창원대 화학공학과 장영은, 하승준 학생은 이승화 교수 연구실에서 해당 프로그램을 통해 연구에 필요한 여러 가지 분석 장비 활용 기술을 배울 수 있었고, 좋은 연구 성과를 거두는 데 크게 일조했다. 두 학생 모두 학부 과정부터 본 연구를 수행했고, 장영은 학생은 연구실의 석사과정으로 진학했고 하승준 학생은 내년에 석사과정으로 진학할 계획이다.
이 연구 결과(제목: ‘Facile route of fluorine incorporation into nickel (oxy)hydroxide for improving the oxygen evolution reaction’)는 국제전문학술지인 ‘Chemical Communications(impact factor=6.065)’에 게재됐다.
한편 이 연구는 과학기술정보통신부 기초연구사업 기본연구와 창원대 자기주도 연구역량사업의 지원을 받아 수행됐다.
