Hydrogen energy is attracting attention as a key technology for achieving carbon neutrality. In particular, the hydrogen evolution reaction (HER) through water electrolysis is emerging as an environmentally friendly method of producing hydrogen. However, the high cost of precious metal-based electrocatalysts necessitates more efficient catalyst design. To reduce precious-metal loading, strategies that incorporate heteroatoms into carbon supports with excellent electrical conductivity and corrosion resistance are being actively explored as an alternative. In this study, we fabricated a carbon support by growing vertical graphene on carbon nanofibers with diameters of several hundred nanometers. We introduced sulfur doping to modulate the electronic structure and increase the density of active sites. Thiourea was used as a sulfur source during thermal annealing at various temperatures. The sulfur-doped, vertical graphene structures exhibited enhanced HER performance with a lower overpotential and Tafel slope.

탄소중립 실현을 위한 핵심 기술로서 수소 에너지가 주목받고 있다. 특히, 수전해를 통한 수소발생반응(HER)은 친환경적인 수소 생산 방법으로 부상하고 있다. 그러나, 귀금속 기반 전기촉매의 높은 비용으로 인해 보다 효율적인 촉매 설계가 요구된다. 이를 해결하기 위하여, 우수한 전기전도도와 내식성을 갖는 탄소 담지체에 이종원자를 도핑하는 전략이 귀금속 사용량을 줄이기 위한 대안으로 연구되고 있다. 본 연구에서는 수백 나노미터 직경의 탄소나노섬유 위에 수직그래핀을 성장시켜 탄소 담지체를 합성하였다. 이어서 전자구조를 조절하고 활성점 밀도를 증가시키기 위하여 황 도핑을 도입하였다. 황 소스로 티오우레아를 사용하였으며, 다양한 온도에서 열처리를 통해 도핑을 유도하였다. 황 도핑된 수직그래핀 구조체는 더 낮은 과전압과 타펠 기울기를 나타내어 HER 성능이 개선됨을 보여줬다.

Keywords: 수소발생반응(Hydrogen evolution reaction), 수직그래핀(Vertical graphene), 도핑(Doping)