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[R&D PLUS] 김성웅 성균관대 교수, 화학적 불안정성 해소한 전자화물 에너지 소재 개발

입력 : 2020.06.26 15:54

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[헬로티]

 

에너지과학과 김성웅 교수 연구팀(제1저자 강세황 연구원)은 차세대 재료로 주목받고 있는 ‘전자화물’의 안정화 메커니즘을 규명하고, 반영구적 촉매 반응에 세계 최초로 성공했다고 밝혔다.

 

전자화물은 전자가 원소들 사이의 독립적 공간에 음이온의 형태로 존재하는 물질을 말한다. 전자화물의 격자간 음이온 전자는 소재 물성을 직접 결정하는 주요 요인으로, 전자, 촉매, 자성 소재 등 다양한 분야에서 기존 소재의 한계를 넘어선 응용 소재로 기대되고 있다.

 

  

▲ 성균관대 에너지과학과 김성웅 교수 (사진 : 성균관대)

 

하지만 대부분의 전자화물은 격자간 음이온 전자의 강한 화학적 반응성으로 인해 공기 중에서 쉽게 산화되기 때문에 소재 실용화에 어려움을 겪어왔다.

 

공기 중에서 화학적으로 안정한 전자화물도 물과 알코올 등의 환경에서는 쉽게 분해되는 등 우수한 전자 전달 특성을 유지하며 안정적으로 실용화된 전자화물을 개발한 사례는 없었다.

 

이에 연구진은 전자화물의 화학적 불안정성 한계를 극복하여 물과 산 등 강한 산화성 환경에서도 반영구적으로 안정한 2차원 전자화물 소재(Hf2S)를 성공적으로 합성하고 그 안정화 원리를 규명했으며, 이를 이용한 반영구적 수소 발생 전기촉매 반응에 성공했다.

 

나아가 연구진은 얇은 자기부동태막이 형성된 전자화물이 물, 산 용액 등 산화성 환경에서 화학적으로 매우 안정한 것을 확인했다. 동시에 격자간 음이온 전자가 강한 전자 전달 능력을 유지하여 수소 발생 촉매로서 활용 가능한 것을 확인했다.

 

특히 이번에 개발된 전자화물 촉매는 내구성이 매우 뛰어나 촉매 특성이 전혀 감소하지 않는 것으로 기존의 낮은 내구성과 고가 소재인 귀금속 촉매를 대체하는 새로운 에너지 소재로서 수소경제 활성화에 기여할 것으로 예상된다.

 

이번 연구는 학술적으로 전자화물 물질군의 안정화 원리를 명확하게 밝혀내고, 기존 2차원 전자화물 연구 및 상용화의 가장 큰 걸림돌이었던 불안정성 문제의 돌파구를 마련하여 전자화물 응용 물성 연구의 기틀을 마련했다는 점에서 큰 의의가 있다.

 

또한 본 연구가 제시하는 원리를 이용해 기존 전자화물 소재 연구의 한계를 극복하고 전자화물 분야 기초 연구 및 응용 연구 활성화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

 

본 연구는 미래소재디스커버리사업 및 기초과학연구원의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 성과는 과학기술 분야 세계적 학술지인 사이언스 어드밴시스(Science Advances, IF 12.804)에 6.6(토) 게재됐다.

/김동원 기자(eltred@hellot.net)

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  • macm**** 2020/06/26 16:06 | 신고

    기사 잘 보았습니다. 필자는 대학.교육.종교관련 관심이 지대한 성균관대 출신 문필가.사상가 윤진한(宮 儒)입니다. 대일선전포고한 한국의 주권을 위함.헌법전문에도 임시정부 정통성 보장되어서 더욱 그러함. 국사 성균관의 정통승계한 성균관대 졸업해야 생원.진사등의 양반됨. 국사 성균관(성균관대) 나라에서,주권.학벌없는 패전국 奴隸 賤民 일본잔재 경성제대후신 서울대와 그 추종세력이 대중언론에서 항거하던 나라. 국사 성균관 자격 Royal성균관대는한국 최고(最古,最高)대학. 세계사를 반영하여 국제관습법상 교황윤허 서강대도 성대 다음 Royal대로 예우. Royal 성균관대와 서강대는 일류.명문대학. http://blog.daum.net/macmaca/2983

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