대구대 심준호 교수팀, 셀레늄 이용한 친환경 수전해 촉매 개발

[서울경제TV 대구=김정희 기자] 대구대학교(총장 박순진) 화학교육과의 심준호 교수 연구팀(나노전기화학연구실, NECL)이 셀레늄(Selenium)을 활용해 수전해와 요소산화(urea oxidation reaction, UOR)를 동시에 구동 가능한 메커니즘 기반의 새로운 촉매를 개발했다.

심준호 교수와 라자트싱 칼루술링감(Rajathsing Kalusulingam) 박사후연구원이 공동으로 수행한 이번 연구는 미국화학회(ACS)가 발행하는 학술지 ‘ACS Applied Energy Materials(2025년 10월호)’의 부표지 논문(Supplementary Journal Cover)으로 게재됐다.

심 교수팀은 니켈-몰리브덴 하이드록사이드(NiMo−OH) 전극을 셀레늄으로 기능화해 전하 전달 통로를 한층 효율적으로 만들고, 전자 이동이 더 빠르게 이루어지도록 개선했다. 이로써 반응 속도가 크게 향상되어 수소를 생산하는 과정이 보다 안정적이고 에너지 효율적으로 진행될 수 있게 됐다.

그 결과, 새로 개발된 촉매는 기존 백금(Pt)·이리듐(Ir) 촉매에 버금가는 성능을 보이면서도, 1.46V의 낮은 전압으로 수소를 생산할 수 있었다.

이는 기존 수전해 방식(1.58V)보다 약 8%의 전력 절감 효과를 보인 수치다. 즉, 수소 1kg을 생산하는 데 필요한 전력이 42.4kWh에서 39.2kWh로 줄어드는 셈이다.

게다가 사용된 셀레늄의 양은 전극당 0.24g, 원가로 환산하면 약 8원 수준(0.006달러)에 불과해 고효율이면서도 경제적인 친환경 수소 생산 시스템임을 입증했다.

이 연구팀은 전기화학 임피던스 분석(EIS)과 반응속도 실험을 통해 셀레늄이 계면 전하 밀도를 조절하고 활성화 에너지 장벽을 낮추는 역할을 함을 밝혀냈다. 또한 장시간 연속 구동에도 구조적 손상이 거의 없는 뛰어난 내구성을 확인했다.

심 교수는 “셀레늄은 단순한 첨가물이 아니라, 전극 내부에서 전자의 이동 경로를 열어주는 핵심 매개체”라며 “이번 연구는 저비용으로 안정적인 수소 생산과 함께 요소(urea) 성분을 포함한 폐수의 정화까지 가능한 친환경 탄소중립형 촉매 시스템의 출발점”이라고 설명했다.

또한 심 교수 연구팀의 신장우 석사과정생이 참여한 다른 연구도 ACS 학술지 ‘Energy & Fuels(2025년 9월호)’의 부표지에 실렸다. 이 연구에서는 암모니아를 수소 운반체로 활용하는 촉매(Exfoliated CoNiAl-LDH@rGO)를 개발했으며, 비귀금속 기반 시스템으로 48시간 이상 안정적인 수소 생산이 가능함을 입증했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부가 추진하고 한국연구재단이 수행하는 이공분야 개인기초연구지원사업(중견연구)의 지원을 받아 수행됐다. 
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