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원광대 화학공학과 전인엽 교수 연구팀, 국제저명 학술지 논문 게재 확정

다공성 질소 도핑 그래피틱 나노플레이트에 담지된 저함량 백금 나노입자 연구

기사 작성: 임규창고운영 - 2025년 07월 22일 13시25분

원광대학교 창의공과대학 화학공학과 전인엽 교수 연구팀이 수행한 ‘고효율 수소 발생 반응을 위한 다공성 질소 도핑 그래피틱 나노플레이트에 담지된 저함량 백금 나노입자’ 연구 논문이 국제 저명 학술지 ‘Journal of Power Sources’(IF 7.9)에 게재 확정됐다.

제1저자인 윤서정(사진) 대학원생 등 연구팀은 기계화학적 반응과 활성화 공정을 통해 질소가 도핑된 다공성 그래피틱 나노플레이트(A-N-GN)를 합성하고 여기에 백금 5.27%만을 담지해 새로운 촉매(Pt&A-N-GN)를 제조함으로써 고가의 백금 사용을 대폭 줄이면서도 탁월한 수소 발생 성능을 구현했다.

기계화학적 이종원소 도입은 그래핀 내 전자 밀도 재분포 및 전자 구조 조절을 유도해 반응 활성 부위를 증가시키고 활성화 공정으로 형성된 다공성 구조는 반응물과 생성물의 확산을 원활하게 해 질량 전달 효과를 극대화했다.

또한 도핑된 질소는 백금 입자를 지지체에 안정적으로 고정시켜 촉매의 장기적인 안정성 확보에도 기여했으며 이로 인해 전체 수소 발생 반응(HER)의 속도와 효율이 크게 향상됐다.

특히, 개발된 Pt&A-N-GN 촉매는 기존 상용 촉매인 Pt/C보다 약 1/4 수준의 백금 함량에도 불구하고 더 낮은 과전압과 Tafel 기울기, 뛰어난 안정성을 보여주며 상용 촉매를 능가하는 성능을 입증했다.

이번 연구는 단순한 공정과 저비용 탄소 기반 지지체를 활용하면서 백금 사용량을 최소화한 고성능 수전해 촉매 제조 기술로 수전해 기반 수소 생산의 상업화 가능성을 크게 높인 것으로 평가 받았다.

교신저자인 전인엽 교수는 “활성화 공정과 이종원소 도입을 통해 지지체의 구조 및 특성을 적절히 조절하면 낮은 백금 함량으로도 뛰어난 촉매 성능을 확보할 수 있다는 것을 입증했다”며 “이번 성과는 수소경제 실현을 위한 촉매의 상용화에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다./익산=임규창 기자

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