전북대학교은 이 대학 반도체과학기술학과 김희대 교수 연구팀의 차세대 수소 센서 연구가 국제 학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’에 최근 게재됐다고 24일 밝혔다.

이번 연구는 수소경제 시대에 필수적인 고감도·고신뢰성 수소 감지 기술을 한 단계 끌어올린 성과로 평가된다. 전북대가 주도한 국제 공동연구를 통해 도출됐다는 점에서 학문적·기술적 의미도 크다. 실제 산업 현장에서 요구되는 저전력 구동과 환경 안정성을 함께 고려한 점이 특징이다.

연구는 김 교수 연구실 소속 가우라브 말리크 박사(주저자)를 중심으로 진행됐다. 영국 옥스퍼드대 로버트 테일러 교수와 벨기에 몽스대, 인도 비츠 필라니 연구진이 공동 참여했다. 연구팀은 실험 분석과 이론 해석, 수치 시뮬레이션을 병행해 수소 센서 성능 향상 메커니즘을 체계적으로 규명했다.

연구팀은 금–팔라듐 이원 나노입자 촉매층과 전기화학적 식각 공정으로 제작한 초고표면적·초발수성 포러스 실리콘을 결합했다. 기존 금속 산화물 기반 수소 센서의 고온 구동과 습도 민감성, 장기 안정성 저하 문제를 개선한 새로운 하이브리드 구조다. 센서 반응에 관여하는 표면 반응 효율을 높이고 외부 환경 변화에 대한 내성도 강화했다.

정밀 제어된 금–팔라듐 촉매층은 수소 분자의 해리와 흡착, 스필오버 반응을 효과적으로 촉진하는 것으로 확인됐다. 극미량 수소에서도 높은 반응성과 효율적인 전하 전달이 가능했다. 이를 통해 저온·저전력 조건에서도 안정적인 신호 출력이 가능함을 입증했다.

주저자인 가우라브 말리크 박사는 “금–팔라듐 촉매층이 수소 분자 분해와 전자 이동을 크게 강화한다는 점을 실험과 시뮬레이션으로 입증했다”며 “포러스 실리콘의 초발수성 구조 덕분에 고습 환경에서도 센서가 안정적으로 작동한다는 점이 강점”이라고 말했다. 이어 “산업용 수소 누출 모니터링과 연료전지 시스템, 배터리 안전 관리, 반도체 공정 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

국제 공동연구를 이끈 김희대 교수는 “초저전력·고신뢰성 수소 센서 기술의 경쟁력을 지속적으로 높이겠다”며 “수소경제 사회에서 요구되는 안전 기반 기술로 이어질 수 있도록 후속 연구를 확대하겠다”고 밝혔다.

이번 연구는 수소 안전 관리 분야뿐 아니라 차세대 에너지 시스템과 첨단 전자·반도체 산업 전반으로 확장 가능한 원천 기술로 평가된다. 전북대 반도체과학기술학과의 국제 연구 역량을 다시 한 번 입증한 성과로도 주목받고 있다.