성신여자대학교(총장 이성근) 청정신소재공학과 이세현 교수가 환경공학 분야 세계 최고 권위 국제학술지인 Applied Catalysis B: Environment and Energy에 교신저자로 논문을 게재했다.

Applied Catalysis B: Environment and Energy는 환경공학 및 화학공학 분야의 최상위권 국제 학술지로, 2025년 기준 영향력지수(Impact Factor) 21.1, 분야별 랭킹 상위 0.6%에 해당하는 저널로 평가된다.

이번 논문은 성신여대 이세현 교수 연구팀과 한국과학기술연구원(KIST) 유성종 박사 연구팀이 공동으로 수행한 연구 결과로, 성신여대 청정신소재공학과 이지연 연구생과 한국과학기술연구원 박재현 박사과정이 제1저자로 참여해 연구를 수행하고 논문을 작성했다. 논문 제목은 <Ligand engineering at the precursor stage unlocks exceptional durability in PtCo@PtAu catalysts for heavy-duty PEMFCs>로, 연료전지에서 흔히 쓰이지 않는 금(Au)을 활용해 내구성을 극대화하여 수소연료전지자동차의 상용화를 앞당길 수 있는 핵심 기술을 개발했다.

연구팀은 촉매를 만들기 전 단계의 재료인 전구체(precursor)가 반응하는 힘(환원 전위)을 pH 조절로 정밀하게 제어하여, 산화에 약한 코발트를 금으로 치환하는 데 성공했다. 이 과정에서 활용된 갈바닉 치환(galvanic replacement)은 전위차를 이용해 금속 원자를 다른 금속으로 치환하는 합성 기법으로, 나노입자 촉매의 성능과 안정성을 크게 높일 수 있다. 특히, 단 1~2%의 금이 표면에 도입된 나노입자 촉매는 백금의 내구성도 크게 향상시켜, 3만 사이클의 단일전지 열화 과정에서도 전기화학적 활성 면적이 20%만 감소하는 높은 안정성을 보였다. 이는 미국 에너지부(DOE, Department of Energy)의 수소연료전지 상용차 기술 목표이다.

이번 연구는 우수한 내구성과 높은 전력 부하 조건에서도 안정적인 성능을 입증해 수소연료전지를 활용한 상용차 개발을 촉진할 것으로 평가된다. 또한, pH 조절을 통해 갈바닉 치환을 효과적으로 발생시키는 새로운 합성법을 개발하여 내구성과 활성 개선이 동시에 요구되는 다양한 나노입자 촉매 연구에 폭넓게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.