[비욘드포스트 이봉진 기자] 단국대학교는 화학공학과 이용걸 교수 연구팀이 체코과학원 물리학연구소팀 베르하겐(Tim Verhagen) 박사팀과 공동으로 반도체 제조 공정을 활용해 수소 생산 효율을 기존 대비 2배 이상 끌어올린 고성능 전극 촉매 원천기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

물을 전기분해해 수소를 생산할 때 가장 중요한 핵심 부품은 전극 촉매다. 그동안 산업계에서는 주로 백금을 촉매로 사용해 왔으나, 값비싼 귀금속인 탓에 수소 대량 생산의 큰 걸림돌로 작용해 왔다.

이를 대체할 물질로 몰리브덴 다이설파이드(MoS₂)가 학계의 주목을 받아왔지만, 전도성이 낮고 실제 촉매 반응이 일어나는 활성 지점이 적다는 한계에 부딪혀 있었다.

이용걸 교수팀은 이러한 난제를 해결하기 위해 반도체 제조 핵심 기술인 ‘분자선 에피택시(MBE, Molecular Beam Epitaxy)’ 공정을 촉매 제작에 전격 도입했다.
연구팀은 초진공 상태에서 실리콘 기판 위에 금속 몰리브덴(Mo)과 몰리브덴 다이설파이드(MoS₂)를 원자 단위로 정밀하게 증착시켜 나노 수준의 균일한 복합구조를 구현해 내는 데 성공했다.

이렇게 탄생한 새로운 촉매는 전기 전도성이 획기적으로 높아졌을 뿐만 아니라, 수소 발생 반응이 일어나는 활성 지점 또한 크게 늘어난 것이 특징이다.

그 결과 기존 촉매 대비 수소 생산 효율이 약 2.3배(126%)나 향상되었으며, 장기간 구동하는 환경에서도 높은 안정성을 유지하는 것으로 확인됐다.

특히 이번 기술은 기존 반도체 공정과의 호환성이 뛰어나다는 점에서 상용화 전망이 밝다. 연구진은 향후 웨이퍼 단위의 대면적 전극 제작이 가능해져 고성능 수소 생산 시스템으로의 산업적 확장이 용이할 것으로 기대하고 있다.

이용걸 교수는 "이번 연구는 기존의 화학기상증착(CVD)이나 용액 기반 합성 공정으로는 구현하기 어려웠던 촉매의 구조와 전자, 성능 간의 인과관계를 명확히 규명했다는 점에서 의미가 크다"며, "차세대 촉매 설계 및 공정 최적화를 통해 친환경 수소에너지 대량 생산 기반을 구축하는 데 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 그 학술적 성과를 인정받아 재료과학 분야의 세계적 권위지인 ‘ACS Nano’(영향력 지수 IF:16.1, JCR 상위 6%) 2026년 2월 10일 자에 게재됐다.

발표된 논문의 공식 명칭은 「Controlling Mixed Mo/MoS2 Domains on Si by Molecular Beam Epitaxy for the Hydrogen Evolution Reaction」(수소 제조를 위한 분자선 에피택시 기반 복합 Mo/MoS₂ 촉매 도메인 정밀 제어)이다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 중견연구 및 한-EU 연구자 교류협력 사업의 지원을 받아 수행됐다.

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