산업 혁명 이후 에너지 소비의 급격한 증가와 화석 연료 사용의 확대는 온실 가스(CO₂) 배출의 증가와 지구온난화 문제를 초래를 하고 있다. 이로 인하여 전 세계 각국은 여러 대안을 제시하고 있으며 전 세계적으로 온실가스 순 배출량을 제로로 만들겠다는 2050 탄소중립 정책이 규정되었다. 신재생에너지 연구가 확대되면서 지구상에 풍부하고 친환경적이며 지속가능한 수소 에너지에 주목되었다. 특히 온실 가스 배출이 없는 그린 수소의 주요 생산 방법인 수전해 기술을 통한 순수 수소를 생산할 수 있는 우수한 전기 촉매의 개발이 크게 주목 받고 있다. 그러나 경제적이고 지속 가능한 수소를 생산하기 위해서는 고효율의 수전해용 촉매 소재의 필요성이 필수적이다. 특히 수전해 시스템에서 산소 및 수소 발생 반응 (OER, HER)은 복잡한 다단계 전자 전달 메커니즘으로 인해 전체 반응을 늦추며 높은 과전압 값을 요구한다. 따라서 높은 촉매 활성 및 전기 전도도의 향상과 안정성과 내구성을 가지는 비 귀금속 기반의 효율적인 촉매를 개발해야한다.

현재 HER 성능에 대해 우수한 촉매 특성을 갖는 귀금속 기반 촉매 (Pt)는 우수한 활성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 이러한 귀금속 기반의 촉매는 지구상에 드물게 존재하며 장기적으로 지속 가능한 재료는 아니며 희소성으로 인한 비싼 가격으로 상용화를 위한 경제성 확보가 어렵다. 또한 높은 활성에도 불구하고 내구성이 낮아 긴 수명을 가지기는 어렵다. 따라서 광범위하고 유망한 연구는 탄소 기반 물질 (그래핀 및 탄소 나노 튜브)과 하이브리드 구조뿐만 아니라 다중 복합 전이 금속 합금 및 형태 공학적인 화합물과 같은 효율적인 수소 발생 반응 전기 촉매에 초점을 맞추고 있다. 또한 탄소 물질과의 복합화 형성은 넓은 표면적과 높은 전기 전도성으로 인한 촉매 활성 범위 및 전자 및 이온 전달 속도를 증가시켜 과전압을 감소시키고 알칼리 용액의 전기화학 반응에서 장기적인 안정성을 향상시키기 위해 지속적으로 연구되어 왔다.

본 연구에서는 간단한 수열 합성 방법으로 Cobalt Prussian blue analogues Nanocubes (PNs)와 Graphene Oxide (GO)를 결합하여 하이브리드 복합체를 제조하였다. 이를 통해 넓은 표면적을 가지는 그래핀의 장점을 활용하고 Prussian Blue Analogues (PBA) 기반의 나노 촉매의 반응 면적을 증가함으로써 수전해 특성을 높이는 연구를 진행하였다. 또한 GO의 환원을 더 많이 유도하여 전기 전도성 특성을 향상시켰다. 이를 통해 전자 및 이온 전달 속도를 증가하여 과전압 값을 낮추었으며 Cobalt 금속 형태와 조성을 확인하였다. 최종적으로 합성된 HCP Co metal@T-rGO의 HER에서의 과전압 및 Tafel slope은 1M KOH 전해질 용액 -10 mA/cm² 전류 밀도에서 각각 132 mV 및 139.40 mV/dec 의 가장 낮은 값을 나타냈다. ChronoPotentiometric 방법으로 전류 밀도의 값을 10, 20, 50 mA으로 각 8시간 씩 총 24시간 동안 연속적으로 장기 안정성 측정 결과 Overpotential 값이 변화 없이 일정하게 유지하였으며 우수한 안정성을 가지는 것을 확인하였다.