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효율적인 수소 생산을 위한 다중 층 촉매 개발  

- 박막형 촉매를 실리콘 기반 광전극에 적용하여 태양광으로부터 효과적인 수소 

생산 가능

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GIST 이상한 교수팀, 연구결과 재료분야 저명학술지 <Advanced Science>에 게재

□ GIST(지스트, 총장 김기선) 신소재공학부 이상한 교수 연구팀이 태양에너지

를 이용해 물을 분해하여 수소를 생산하는데 사용되는 광전극의 효율을 극

대화시키는 다중 층 촉매를 개발하였다.   

□ 수소는 물 외에는 다른 부산물을 만들지 않는 청정연료로, 화석연료를 대체

할 친환경 자원이다. 이에 수소를 친환경적으로 생산하는 기술들이 뜨거운 

관심을 받고 있으며, 가장 대표적인 기술로는 태양에너지를 이용하여 물을 

분해해 수소를 생산하는 광전기화학 물분해가 있다. 

∘ 광전기화학 물분해에서 핵심이 되는 광전극의 소재로는 태양전지에 사용되

는 실리콘을 들 수 있다. 하지만 실리콘 광전극의 경우, 발생된 전자를 물

로 전달하는 효율이 매우 낮아 백금과 같은 고가의 귀금속 촉매의 사용이 

필수불가결하여 귀금속 촉매를 대체하는 소재개발이 시급했다.

∘ 이상한 교수 연구팀은 귀금속 촉매를 대체할 것으로 기대되는 전이금속 디

칼코게나이드(Transition metal dicahlcogenides, TMDs)*를 주목했다. 

TMDs는 종이와 같은 얇은 2차원의 층 구조로 된 물질로써 투명성 및 우수

한 촉매특성을 가져 적은 양으로도 실리콘 광전극의 효율을 상당히 증대시

킨다는 장점을 가지고 있다. 

  *전이금속 디칼코게나이드: 전이금속 양이온과 칼코겐족 원소인 황과 셀레늄 등의 음이온이 결합하여 

만들어진 화학물질 

GIST(광주과학기술원) 보도자료

http://www.gist.ac.kr 

보도 일시

배포 즉시 보도 부탁드립니다.

보도자료

담당

대외협력팀 김미연 팀장

062-715-2020 / 010-5302-3620

대외협력팀 이나영 행정원

062-715-2024 / 010-2008-2809

자료 문의

신소재공학부 이상한 교수

062-715-2723/ 010-4382-0629

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∘ 기존에는 단일 TMDs 촉매를 실리콘에 적용한 연구들이 진행되고 있었으나 

이상한 교수 연구팀은 서로 다른 TMDs를 적층시켜 계단형 밴드구조를 이

루는 다중 층 TMDs* 박막을 고안하였다.

  *다중 층 TMDs박막: 몰리브덴이황화물(MoS2)/텅스텐이황화물(WS2)/텅스텐이셀레늄화물(WSe2)으로 구성

∘ 연구팀에 따르면 고안된 다중 층 TMDs 촉매는 단일 TMDs 촉매보다 전자

의 흐름이 개선되어 태양광으로부터 생성된 광전류를 단일 TMDs 촉매가 

사용된 실리콘 광전극 대비 동일 전압 하에서 약 3배에서 최대 20배 이상 

증대시켰다.

∘ 특히 다중 층으로 구성된 TMDs 박막을 제작하기 위해 이상한 교수 연구팀

은 실리콘 기판위에 TMDs를 직접 증착할 수 있는 펄스드 레이저 증착법*

을 이용하였다. 따라서 일반적인 TMDs 공정에서 사용되는 개별증착 및 전

사와 같은 추가공정이 필요치 않게 되어 기존의 복잡한 공정을 간소화할 수 

있다. 

  *펄스드 레이저 증착법: 타겟 물질을 높은 에너지의 펄스 레이저로 기화시켜 박막으로 증착하는 방법

 

□ 이상한 교수는 “이번에 개발된 다중 층 TMDs 박막형 촉매가 앞으로 친환경 

수소생산에 크게 기여하기를 바라며, “펄스드 레이저 증착법을 이용한 다중 

층 TMDs 합성법이 향후 친환경 촉매뿐만 아니라 반도체 소자, 발광 소자 

등 다양한 분야에도 적용될 수 있도록 노력할 것”이라고 밝혔다. 

□ GIST 이상한 교수가 주도하고 GIST 서세훈 박사과정생이 제1저자로 참여

한 이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 미래소재디스커버리 사업 및 이공

학개인기초연구지원사업을 통해 수행되었으며, 2019년 4월 26일 재료분야 

저명 학술지인 Advanced Science(어드밴스드 사이언스, IF=12.441)에 논

문이 게재되었다.   <끝>

 

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논문의 주요 내용

1.

논문명, 저자정보

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저널명 : Advanced Science 

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논문명 : Direct In situ Growth of Centimeter-scale Multi-heterojunction 

MoS2/WS2/WSe2 Thin Film Catalyst For Photoelectrochemical 

Hydrogen Evolution

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저자 정보 : 서세훈(GIST 박사과정, 제1저자), 김승규(GIST 박사과정), 최호

중(GIST 박사과정), 이종민(GIST 박사과정), 윤홍지(GIST 석사), 

Guangxia Piao(경북대학교 박사과정), 박준철(GIST 석박통합과정), 정윤

성(GIST 석박통합과정), 송재선(GIST 박사), 정상윤(GIST 박사과정), 

박현웅 교수(경북대학교), 이상한 교수(GIST, 교신저자)

그 림 설 명

[그림] (가) 본 연구에서 다중 층 TMDs 박막을 합성하기 위해 고안된 펄스드 

레이저 증착법에 대한 모식도 및 제작된 박막 사진. (나) 효과적인 수소생

산을 위해 계단형 밴드구조로 고안된 다중 층 TMDs 박막의 밴드 모식도