[창원=뉴스핌] 남경문 기자 = 한국재료연구원(KIMS) 에너지·환경재료연구본부 수소전지재료연구센터 박다희 박사 연구팀은 몰리브덴 산화물(MoOx)에 철(Fe)을 치환해 알칼라인 수전해 산소 발생 반응(OER) 성능을 크게 높인 촉매를 개발했다고 17일 밝혔다.

수소는 탄소 배출 없는 청정 에너지원으로 꼽힌다. 물 전기분해 수전해는 차세대 친환경 기술이지만 OER은 속도가 느리고 고에너지를 요구해 효율을 떨어뜨린다.

귀금속 촉매는 가격이 높고 자원이 제한적이어서 저렴한 비귀금속 대체 개발이 필요했다. 몰리브덴 산화물은 전자 흐름 조절에 유리하나 전기전도성이 낮고 활성 사이트가 부족해 한계가 있었다.

연구팀은 MoOx 구조에 Fe를 치환해 원자 배열과 산소 빈자리를 제어했다. 에어로졸 분무 열분해법으로 단일 공정 합성한 Fe–O–Mo 이종 결합 구조는 촉매 안정성을 높여 장시간 사용에도 성능 유지에 기여했다.

열처리 조건 조절로 격자 왜곡과 산소 빈자리를 정밀 제어해 코어–쉘·요크–쉘 구조를 형성했다. 이는 반응 면적 확대와 전기전도성 향상, 격자 산소 반응 메커니즘(LOM) 활성화로 이어졌다. 결과 100mA/㎠ 전류 밀도에서 294mV 과전압으로 100시간 이상 안정 구동에 성공했다.

이번 기술은 알칼라인 수전해 상용 촉매로 활용 가능하며 귀금속 대체로 수소 생산 비용 절감과 청정에너지 확대에 이바지할 전망이다.

박다희 선임연구원은 "저렴 금속 원자 구조와 결함 동시 조절로 성능 극대화 사례"라며 "다양한 전기화학 반응으로 확장하겠다"고 밝혔다.

연구는 과기정통부 한국연구재단 글로벌영커넥트 사업과 산업통상부 지원으로 이뤄졌다. 결과는 ChemSusChem(2026년 2월 12일 온라인 게재, 3월호 표지논문)에 실렸다.

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