아주대학교 에너지시스템학과

Department of Energy Systems Research

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탄소-중립 달성을 위한 초융합 신재생 에너지 연구와 교육을 선도합니다.

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유성주 교수, 값비싼 백금 활용도↑ 그린수소 '극한의 촉매기술' 개발

- 그린수소 생산 활용 '백금' 촉매 1g으로 82g 효과 - 소재의 물리적 한계 예측 및 제어 통해 수소 생산 시스템의 효율·내구성 동시 확보 아주대학교 화학과 유성주 교수팀이 청정 에너지원인 그린수소의 생산에 활용되는 ‘백금(Pt) 촉매’를 최대한 효율적으로 사용할 수 있는 기술을 개발했다. 이에 수소 생산의 비용을 획기적으로 절감하고 더욱 효율적인 공정을 가능하게 할 전망이다. 화학과 유성주 교수는 수소 생산 촉매의 성능을 결정하는 백금(Pt) 원자를 서로 뭉치지 않는 단일원자 상태 그대로 유지하는 기술을 개발, 소재 효율을 이론적 한계치까지 끌어올리는 데 성공했다고 밝혔다. 해당 내용은 ‘태양광 수소 생산을 위한 원자 분산 백금 촉매의 안정성 임계값(Stability Thresholds of Atomically Dispersed Platinum Catalysts for Solar Hydrogen Production)’이라는 제목의 논문으로 <앙게반테 케미(Angewandte Chemie)>에 12월17일 게재됐다. 우리 학교 대학원 에너지시스템학과의 박준서 석박사통합과정생(위 사진 오른쪽)이 제1저자로 참여했고, 유성주 교수(화학과·대학원 에너지시스템학과, 위 사진 왼쪽)가 교신저자로 참여했다. 그린수소(green hydrogen)는 태양광과 풍력 같은 재생에너지를 이용해 물을 분해, 생산과정에서 온실가스를 배출하지 않으면서 만들어내는 청정 수소를 말한다. 기후 위기에 대응하기 위해 화석연료를 대체할 에너지로 그린수소가 주목받고 있으나, 수전해 및 광촉매 기반의 수소 생산 시스템에서는 고가의 ‘백금(Pt) 촉매’가 주로 사용되며 이는 수소 생산 전체의 비용을 높이는 주요 원인이다. 값비싼 백금의 사용량을 줄이기 위해 백금 입자를 나노미터(nm) 수준에서 원자(atom) 단위로 줄여 표면적을 극대화할 수 있다. 그러나 입자가 작아질수록 표면 에너지가 높아져 흩어져 있던 원자들이 불안정한 상태를 견디지 못하고 다시 서로 뭉치는 현상이 발생하며, 이는 수소 생산 성능의 저하를 불러온다. 이에 아주대 연구팀은 실제 환경에서 백금 원자들이 서로 뭉치지 않고 최상의 성능을 낼 수 있는 구조적 임계점을 찾아냈다. 이를 통해 백금 원자가 뭉치는 것을 원천적으로 차단하고, 공정에 투입된 모든 백금이 100% 반응 표면에 노출되는 활용법을 실현할 수 있었다. 연구팀은 단 1g의 백금으로 기존 나노입자 82g에 해당하는 수소 생산 능력을 확인할 수 있었다. 촉매의 질량당 활성을 획기적으로 향상시킨 것으로, 최소한의 백금을 사용함으로써 수소 생산의 비용을 크게 절감할 수 있음을 보여준다. 연구팀은 또 새로운 기술을 활용해 복접한 공정 없이 비교적 간단한 합성으로 촉매를 제조할 수 있고, 장시간의 구동 실험에서도 성능의 저하 없이 안정적인 수소 생산 효율을 유지할 수 있다는 점을 확인했다. 유성주 교수는 “이번 연구 성과는 촉매의 성능 저하 원인을 원자 수준에서 이해, 단순하면서도 본질적인 해결 전략을 제시한 것”이라며 “고가 귀금속의 활용도를 극대화함으로써 여러 친환경 에너지 공정의 비용을 낮추는데 기여할 수 있다”라고 전했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 교육부·한국연구재단이 추진하는 우수신진, G-램프사업, 자율운영 중점연구소지원사업, 그리고 고등기술연구원의 지원으로 수행됐다. 단일원자 백금(Pt) 입자의 전자현미경 사진. 화살표로 표시된 밝은 대비점들은 지지체 표면에 하나씩 고르게 분산된 백금(Pt) 원자들을 나타내며, 백금이 뭉치지 않고 안정적으로 분산된 상태임을 확인할 수 있다. 이렇게 되면 촉매의 질량당 활성이 향상되어, 백금을 최소한으로 활용할 수 있으며 수소 생산 비용이 크게 절감된다.

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2026년 병오년(丙午年) 새해 힘찬 출발- 신년인사회 개최

2026년 병오년(丙午年) 새해를 맞이해 아주가족을 위한 행사가 마련됐다. 신년인사회는 6일 오전 연암관 강당에서 아주대학교와 아주대학교의료원, 학교법인 대우학원 관계자들이 참석한 가운데 열렸다. 행사는 ▲2025 아주대 주요 뉴스 영상 상영 ▲총장 신년 인사 ▲구성원 대표 새해 인사 ▲떡 케이크 커팅 순으로 이어졌다. 최기주 총장은 “새해에는 더 많은 아주 구성원 여러분을 찾아뵙고 소통할 계획”이라며 “학교 발전에 대한 공통의 목표와 비전을 가지고 더 큰 꿈을 향한 담대한 도전에 나서자”라고 전했다. 최 총장은 이어 “AI 시대에 발맞춘 교수법 창출을 비롯해 아주대에서만 할 수 있는 연구∙교육 방면에서의 혁신을 해나가고자 한다”며 "아주 구성원 간의 신뢰를 발판으로 변화하는 환경에 적극 대응할 수 있도록 총장으로서 더욱 노력하겠다"라고 덧붙였다. 구성원 대표로는 ▲한상욱 아주대학교의료원장 ▲이재호 아주대 교수회 의장(의과대학 교수) ▲김주용 아주대 노조지부장 ▲이재건 총학생회 중앙비상대책위원장(건축 4)이 무대에 올라 인사말을 전했다. 한편 이날 행사 이후 참석자들은 교직원식당에서 떡국을 함께 하며 신년 인사를 나눴다. 2026년 신년 행사에 참석한 아주 가족들 신년 인사를 전하는 최기주 아주대 총장

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박성준 교수팀, 피부 부착해 생체 신호·주변 정보 센싱 가능한 초박막·초유연 광센서 개발

손가락에 부착한 얇고 유연한 디바이스를 통해 여러 신호와 데이터를 안정적으로 포착할 수 있다면 어떨까? 나아가 이러한 통신 시스템에 활용되는 ‘빛’을 필요에 따라 막아 보안과 안전까지 확보할 수 있다면? 우리가 꿈꿔온 차세대 웨어러블 통신 그리고 군사 및 헬스케어 기술을 현실로 만들 수 있는 초박막·초유연 광센서 기술이 국내 연구진에 의해 구현됐다. 아주대·서울시립대 공동 연구팀은 초박막·초유연 근적외선 광센서를 개발했다고 밝혔다. 두께 3μm(마이크로미터)의 이 센서는 기존 광센서를 뛰어넘는 속도와 감도를 갖춘데다 유연성까지 우수해 피부 부착형 센서와 웨어러블 기반 광통신 등에 널리 활용될 수 있을 전망이다. 해당 연구는 ‘각도 무관·장거리 근적외선 통신이 가능한 피부 부착형 MHz급 유기 광검출기 개발(Skin-Conformal MHz-Speed Organic Photodetectors for Angle-Free and Long-Range Near-Infrared Communication)’이라는 제목으로 <네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)>에 12월 게재됐다. <네이쳐(Nature)>의 자매지인 <네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)>는 임팩트 팩터(Impact Factor) 15.7로 다학제 과학(Multidisciplinary science) 분야 10위(JCR 상위 7.0%) 수준 학술지다. 이번 연구에는 아주대 석박사 통합과정 김재현 학생(지능형반도체공학과), 서울시립대 박사과정 최효정 학생(전자전기컴퓨터공학부), 일본 오사카대 후쿠다 겐지로(Kenjiro Fukuda) 교수(전기전자정보통신공학부)가 공동 제1저자로 참여했다. 공동 저자로는 아주대 최준규 박사(정보통신전자연구소)·정재빈 석박사 통합과정생(지능형반도체공학과)과 계면물질 합성을 담당한 중앙대 홍종인 교수(화학과)가 함께 했다. 공동 교신저자로 초박막화 및 피부 밀착형 구조 설계를 연구한 일본 도쿄대의 소메야 타카오(Takao Someya) 교수(전기공학정보시스템학부), 소자 성능 및 광응답 특성 최적화를 담당한 서울시립대 김혁 교수(전자전기컴퓨터공학부)가 참여해 다학제적 협력 연구를 수행했다. 박성준 아주대 교수(전자공학과·지능형반도체공학과)는 연구 전반을 총괄했다. 광센서(Photo Sensor)는 빛의 유무와 변화 및 강도를 감지해 특정 물체의 존재나 크기 혹은 상태 등을 파악하는 데 활용된다. 스마트폰에서 주변 환경에 맞게 화면의 밝기를 자동으로 조정하거나, 심박수나 혈중 산소포화도 등을 감지하고 측정하는 스마트워치, 화재 감지나 침입 경보 같은 안전 및 보안 시스템과 자율주행 기술 등에도 광센서는 널리 활용되고 있다. 광센서는 자외선, 가시광선, 적외선 중 어떤 특정 영역의 빛을 감지하고, 어떤 원리나 구조를 활용하는지에 따라 활용 방식이 다양하다. 그 중 ‘근적외선 유기 광검출기(NIR-OPD)’란 우리 눈에 보이지 않는 근적외선(NIR) 영역의 빛을 전기 신호로 변환할 수 있는 유기 반도체 기반 센서다. 이 기술을 활용하면 미세한 빛을 노이즈 없이 감지할 수 있어 생체 신호나 특정 가스의 농도 등의 정보를 센싱할 수 있다. 이에 최근 ▲웨어러블 헬스케어 ▲피부 부착형 기기 ▲무선 광통신 ▲휴먼–머신 인터페이스 등 다양한 분야에서 핵심 요소로 주목받고 있다. 가볍고 유연한 유기 반도체 소재의 특성 덕분에 실제 피부나 의류에 밀착이 가능하고, 유기 소자의 분자 구조를 조절해 감도·속도·파장 특성을 자유롭게 설계해 최적화할 수 있다는 장점이 있다. 특히 최근에는 센서의 반응 속도를 더욱 빠르게 하기 위해 박막화, 소자 면적 축소, 계면층 엔지니어링 등 다양한 접근이 시도되고 있다. 웨어러블 기기의 수요가 증가하면서 실제 피부의 굴곡이나 인체의 움직임에도 안정적으로 동작하는 유연·초박막 구조에 대한 관심 또한 높아지고 있다. 그러나 기존에 활용되어온 센서 기술은 여전히 여러 한계를 가지고 있다. 그 중 ‘속도–감도–유연성’ 간 상충이 가장 주요한 문제로 남아 있다. 고속 응답을 위해 고결정성 유기막을 사용하면 기계적 유연성이 떨어져 변형 시 쉽게 성능이 저하되고, 반대로 유연성을 높이면 전하 이동도가 낮아져 감도와 속도가 모두 저하되기 때문이다. 또한 광활성층의 불균일한 상 분리와 계면 트랩은 전하 재결합과 노이즈를 증가시켜 고감도 센서의 구현을 어렵게 했으며, 단단한 기판 기반의 기존 유기 광검출기(OPD)는 사람의 손가락 주름과 같은 수 μm 수준의 미세 곡면에서 안정적 성능을 유지하기가 힘들었다. 더불어 빛이 비스듬하게 들어올 경우 감도가 급격히 감소하게 되는 각도 의존성 문제 역시 센서를 실제 피부 부착형 광통신이나 움직임이 많은 환경에서의 웨어러블 센서로 확장하는 데 큰 걸림돌로 남아 있었다. 연구팀은 개발한 초박막·초유연 근적외선 유기 광검출기의 기계적 내구성과 전기적 안정성을 검증하기 위해, 소자를 늘리고(인장) 누르는(압축) 극한 변형 조건에서 시험했다. 그 결과 소자는 최대 200% 인장 변형과 수십 퍼센트 압축 변형에서도 구조적 손상 없이 형태를 유지했다. 이처럼 큰 기계적 변형에도 불구하고, 광전압과 광전류 등 전기적 특성은 대부분 유지됐으며, MHz급 고속 광응답 특성 역시 변형 전후 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 1000회 이상의 반복 인장 시험 후에도 성능 저하가 거의 없어, 실제 피부 움직임이나 착용 환경에서도 안정적인 동작이 가능함을 확인했다. 공동 연구팀은 다학제적 협력을 통해 기존 센서의 속도와 감도 및 유연성의 한계를 해결하기 위해, 소자 내부 광활성층과 정공 운송층 사이에 카바졸 기반의 아인산(carbazole-based phosphonic acid, PACz) 박막을 만들어 전하 이동 경로를 정밀하게 제어하는 새로운 계면공학 전략에 주목했다. 특히 PACz 기반 계면층에 브롬(Bromine, Br)을 도입함으로써 광활성층 내부의 상 분포를 보다 안정적으로 유지하고, 전하 전달 효율을 향상시키는 방식으로 유기 소자의 고속 응답성과 유연성을 동시에 확보할 수 있는 기술적 돌파구를 제시했다. 연구팀은 이를 바탕으로 두께 3μm 수준의 초박막 구조에서도 1MHz 이상의 근적외선 응답 속도와 높은 검출도, 0–90° 전 입사각에서의 성능 유지를 모두 만족하는 유기 광감지 소자 개발에 성공했다. 또한 이러한 고속·고감도 특성을 피부 부착 환경에서도 유지하도록 설계해, 실제 사람 피부 위에서 100m 이상 떨어진 곳에서 나오는 영상의 오디오 신호를 안정적으로 수신할 수 있는 센서 시스템을 구현하는 데에도 성공했다. 김혁 서울시립대학교 교수(전자전기컴퓨터공학부)는 “이번 연구는 유기 광검출기에서 오랫동안 제기돼 온 응답 속도, 형태 안정성, 입사각 의존성의 한계를 계면공학적 접근을 통해 동시에 해결한 점에서 의미가 있다”며 “해당 기술은 피부 부착형 센서와 장거리 무선 광통신 등 다양한 웨어러블 응용으로 확장될 잠재력이 크다”라고 말했다. 박성준 아주대 교수(전자공학과·지능형반도체공학과)는 “초박막화와 계면 설계를 동시에 고려한 이번 접근법은 실제 인체 환경에서의 신뢰성을 한 단계 끌어올린 사례”라며 “웨어러블 기반 광통신과 차세대 헬스케어 기술의 실질적 적용 가능성을 크게 높였고, 앞으로 휴먼–머신 인터페이스를 포함한 다양한 인체 친화형 광전자 시스템으로 확장되는 핵심적 기술이 될 것”이라고 전했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 나노·소재 기술 개발 프로그램(소재글로벌영커넥트 사업, 나노미래소재원천기술개발 사업), 개인기초연구 과제(우수신진연구), 신진연구자 인프라구축사업, 대학ICT연구센터사업(ITRC), 중견연구자지원 사업(이공분야기초연구 사업), 글로벌기초연구실지원사업, 한국연구재단(NRF)의 시스템반도체 융합전문인력 육성사업과 산업통상자원부의 바이오 융복합기술 전문인력양성사업, 시장선도를 위한 한국 주도형 K-Sensor 기술개발 사업, 첨단전략산업초격차기술개발 사업, 산업혁신인재성장지원 사업(한국산업기술진흥원(KIAT)) 및 서울시립대학교 반도체연구센터의 연구 인프라 지원을 받아 수행됐다. * 위 그림 설명 : 초박막·초유연 근적외선 유기 광검출기(NIR-OPD)의 사람 피부에 대한 실제 적용 모습. 밝은 환경(500 lux)과 어두운 환경 모두에서 피부 굴곡과 움직임에도 안정적으로 밀착·동작함을 확인할 수 있다(왼쪽). 가운데 이미지는 손등 피부 위에 부착된 센서의 전체 모습이며, 오른쪽은 센서 활성 영역과 전극 구조를 단계적으로 확대한 광학 이미지로, 수 μm 두께의 초박막 소자가 미세한 피부 곡면에서도 손상 없이 유지됨을 보여준다.