이지훈 교수(전자공학과) 연구팀, 산업적 조건에서 활용 가능한 

고효율 저비용 Zn/NiBP 미세구 전기촉매 개발

- 열수증착/전기화학적 증착법 결합하여 Zn 도핑방식 적용된 새로운 NiBP 미세구 전기촉매 구현 -

- 국제 저명학술지 Elsevier 출판 Acta Physico-Chimica Sinica (IF: 10.8)’ 논문 게재 -

본교 이지훈 교수(전자공학과) 연구팀은 전자공학과 슈미야 연구원(제1저자)과 함께 산업적 조건에서 고전류 물 분해를 위한 산업적 규모의 녹색 수소 생산을 위해서 열수증착기법과 전기화학적 증착기법을 결합하여 하이브리드 방식의 Zn 도핑법이 적용된 새로운 ‘Zn-doped NiBP 미세구’ 대체 전기 촉매를 세계 최초로 구현했다. Zn 도핑된 NiBP 마이크로구형 전기 촉매는 수열 및 전기화학적 접근 방식을 결합한 다단계 공정을 통해 제조된 다음, 후처리가 이어졌다. Zn으로 도핑된 NiBP 마이크로구체는 Zn, Ni, B 및 P 간의 상승적 상호 작용으로 인해 향상된 전기화학 전도도, 활성 표면적 및 고유한 전기 촉매 활성을 나타내어 효율적인 수소 생성을 위한 빠른 전하 이동과 우수한 전기 촉매 성능을 가능하게 하였다. 

최적화된 Zn/NiBP 전극은 이전에 보고된 대부분의 촉매보다 성능이 뛰어나며, 1 mol KOH 100 mA cm−2에서 HER(수소 발생 반응)의 경우 95 mV, OER(산소 발생 반응)의 경우 280 mV의 낮은 과전압을 보인다. 이중 기능성 Zn/NiBP || Zn/NiBP는 1 mol KOH에서 2000 mA/cm2에서 3.10 V의 셀 전압을 보여, 벤치마크인 Pt/C || RuO2 시스템을 능가했다. Pt/C || Zn/NiBP 하이브리드 시스템은 각각 1 및 6 mol KOH 2000 mA/cm2에서 2.50 및 2.30 V의 매우 낮은 셀 전압을 나타내어 까다로운 산업 조건에서 우수한 전반적인 물 분해 성능을 보여주었다. 나아가 2-E 시스템은 1 및 6 mol KOH 1000 mA/cm2에서 120시간 동안 놀라운 안정성을 보여 Zn/NiBP 마이크로구체의 강력한 부식 방지 특성을 나타내었다. 

우수한 성능의 Zn 도핑된 NiBP 마이크로구형 전기 촉매는 수열 및 전기화학적 접근 방식을 결합한 다단계 공정을 통해 제조되었으며, 벤치마크 (Pt/C || RuO2) 시스템보다 우수한 성능을 보여 주었다. (Acta Physico-Chimica Sinica 2025)

연구진은Sumiya Akter Dristy (슈미야, 박사과정, 광운대 – 제1저자), Md Ahasan Habib (아하산, 박사과정, 광운대), Shusen Lin (임술삼, 중점연구소 연구원, 광운대), Mehedi Hasan Joni (하산 존니, 박사과정, 광운대), Rutuja Mandavkar (루투자, 박사과정, 광운대), Young-Uk Chung (정영욱, 교수, 광운대), Md Najibullah (나지불라, 박사과정, 광운대), Jihoon Lee (교수,  광운대 – 교신저자)이며 광운대 단독연구로 진행되었다. 슈미야 연구원은 2023년 광운대 전자공학과 석박통합과정으로 입학하여 현재 석박통합과정 3년차 연구원이다. 슈미야 연구원은 현재까지 양자/나노구조와 소재 분야의 연구에 참여하여 다수의 논문을 출판하고 있다. 슈미야 연구원은 앞으로 우수한 연구 성과를 추가적으로 발표하여 선진 연구기관에서 연구를 이어가고 싶다는 포부를 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단과 교육부가 추진하는 Brain Korea 21 Plus (BK-21+) 중점연구소 사업 및 광운대학교의 지원으로 수행되었고 연구 결과는 과학전문 학술지 Acta Physico-Chimica Sinica (JCR IF: 10.8) 2025년 3월 온라인판에 “Exploring Zn doped NiBP microspheres as efficient and stable electrocatalyst for industrial-scale water splitting”의 제목으로 게재 되었다.

* Publication Web link: https://doi.org/10.1016/j.actphy.2025.100079