수소는 고갈되어 가는 화석연료를 대체할 수 있는 유망한 에너지 자원으로써 친환경적이며 재사용이 가능한 강점을 가진다. 수소 생산 방법 중, 그린 수소는 수전해를 통하여 얻을 수 있고 이산화탄소가 전혀 발생하지 않기 때문에 친환경적인 수소 생산 방식이다. 저온형 수전해 중, 음이온 교환막 수전해 (Anion Exchange Membrane Water Electrolysis, AEMWE)는 알칼린 수전해 (Alkaline Water Electrolysis, AWE)와 양이온 교환막 수전해 (Proton Exchange Membrane Water Electrolysis, PEMWE)의 단점을 보완한 수전해이다. 음이온 교환막 수전해는 알칼린 수전해보다 낮은 농도의 전해질을 사용할 수 있으며 양이온 교환막 수전해와는 다르게 비귀금속 촉매를 사용할 수 있으므로 단위 전지 비용이 저렴하다는 장점이 있다. 수전해는 수소발생반응(Hydrogen Evolution Reaction, HER)과 산소발생반응(Oxygen Evolution Reaction, OER) 두 개의 반응이 존재한다. 그 중, 산소발생반응은 4개의 전자가 관여하기 때문에 수전해의 반응속도를 느리게 한다. 따라서 OER의 속도를 향상시키기 위해 OER의 촉매 연구가 필요하며, OER 촉매는 높은 비표면적, 전기전도도, 친수성, 기체 배출 능력, 안정성 등의 조건이 요구된다.
본 연구에서는 OER 요구조건에 부합하기 위해 이중층 수산화물 구조체 (Layered double hydroxides, LDH)를 선정하였다. LDH는 전이금속으로 합금이 잘되며 활성점이 고르게 분포하고 있는 물질이다. 하지만 벌크(bulk) LDH는 여러 양이온층이 적층된 형태로 인해 비표면적이 낮아 활성이 낮고, 좁은 층간거리로 OH- 이온이 느리게 확산하기 때문에 국부적으로 산성분위기가 유도되며 촉매 부식이 발생한다. Bulk LDH의 문제를 해결하기 위해 특성이 다른 두 가지 용매를 혼합하여 물질전달속도와 전하전달속도를 향상하고자 하였다. 에탄올이 물에 비해 낮은 극성을 통해 양이온 적층수를 감소해 비표면적을 증대했으며 에탄올의 빠른 반응속도로 인해 oxygen vacancies을 생성하였다. 물과 에탄올의 비율이 1:1인 WE 55가 반쪽전지 테스트에서 가장 높은 활성과 안정성을 보였다. 50 mA cm-2에서 309 mV의 낮은 과전압과 10 mA cm-2, 100시간 Chronopotentiometry (CP) 테스트에서 높은 안정성을 보였다. 가장 성능이 좋은 WE 55로 membrane electrode assembly (MEA)를 제작하여 단위전지 테스트를 한 결과, 1.8 V, 70 ℃에서 744.2 mA cm-2의 높은 전류밀도를 냈으며 24시간 CP 테스트에서 안정한 결과를 보였다. 비귀금속을 사용하여 촉매 가격을 절감했음에도 불구하고 높은 활성과 안정성을 보이는 NiFe LDH-WE 55 촉매를 개발하였다. 따라서 음이온 교환막 수전해에 사용되는 귀금속 촉매를 대체할 수 있는 가능성을 입증하였다.