서울시립대학교 물리학과 장영준 교수 연구팀이 2차원 물질을 활용해 산소 발생 반응(OER·물을 전기분해할 때 산소가 만들어지는 반응)의 촉매 활성을 높이는 방법을 제시했다.

12일 서울시립대에 따르면 연구팀은 이리듐 텔루라이드(IrTe₂)라는 전이금속 화합물 박막의 표면 산화 상태를 정밀하게 조절했다. 그 결과 촉매 성능이 크게 향상됐다.

이번 연구는 포항가속기연구소, 중앙대학교, 국가나노팹센터, MAX IV Laboratory와의 공동 연구로 진행됐다. 연구 결과는 촉매 분야 국제 학술지 ACS Catalysis 1월호에 실렸다.

연구진은 진공 상태에서 고품질 박막을 제작한 뒤 전기화학적 산화 과정을 통해 표면 반응을 조절했다. 이 과정에서 촉매 표면에 형성되는 활성 중간 물질의 생성 경로를 제어할 수 있음을 확인했다.

특히 텔루륨 원자가 수소와 반응하며 전하를 재배치하는 특성이 있다는 점을 규명했다. 연구팀은 이를 ‘산화환원 유연성’으로 설명했다. 이 특성 덕분에 기존 귀금속 촉매보다 높은 효율과 안정성을 보였다.

연구진은 방사광가속기 장비를 활용해 수증기 환경에서 촉매 표면이 어떻게 변하는지도 실시간으로 분석했다. 물 분자가 흡착되고 분해되며 산소가 생성되는 전자 구조 변화를 직접 관찰했다.

장영준 교수는 “2차원 촉매의 전자 구조를 정밀하게 설계해 반응을 제어한 사례”라며 “탄소중립 시대 수소 생산 효율을 높이는 기술로 이어질 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.