[스마트경제=복현명 기자] 이광렬 고려대학교 화학과 교수 연구팀이 박종식 경기대 화학과 교수, 백무현 KAIST 화학과 교수, 백현석 KBS 박사 연구팀과 공동연구를 통해 나노입자의 휘어지는 정도를 조절함으로써 단위세포를 구성하는 원자들의 배열을 조절해 수소발생반응의 전기화학 촉매 물성을 변화시킬 수 있는 신개념 나노입자 합성방법론을 개발했다.
연구진은 잘 알려진 나노입자 합성법 중 하나인 ‘양이온 치환법’을 새로운 각도로 재조명했다.
원하는 물질군의 양이온 전구체를 일부분만 모체입자에 제공해 두 물질상이 접합하는 계면에서 이온화합물의 모양을 유지하는 골격을 뒤틀리도록 유도하는 ‘부분 양이온 치환법을 통한 격자재조립 현상’을 통해 결정내 원자들의 배치를 기존의 합성방법론으로는 변화할 수 없었던 방식으로 조절함으로써 구조 변화에 따른 촉매 활성 조절이라는 결과를 보고했고 나노입자가 휘게 되는 원리를 심도 있는 전자현미경 분석, 계산화학 모델링을 이용해 규명했다.
이와 같은 양이온 치환법을 활용한 금속화합물의 원자 배열 조절을 통한 전기화학 촉매 개발 연구는 나노입자의 구조적인 변화에 따른 에너지 변화를 계산화학적으로 예측할 수 있음은 물론이고 실제 전기화학 촉매 성능 변화와 연결시켰다는 것에 큰 의의가 있다.
특히 전체적으로 매우 균일하며 휘어지는 정도를 조절할 수 있는 나노입자 합성방법론은 지금까지 보고된 바 없어 해당 합성방법론을 다양한 물질군에 응용한다면 구조적 변화에 따른 물질의 다양한 광학, 자성, 촉매 변화까지 관찰할 수 있을 것이고 자연적으로 얻기 어려운 독특한 결정상 구현까지 시도해 볼 수 있을 것으로 기대된다. 그리고 더 나아가 나노입자를 활용한 신소재 개발이 더욱 가까워질 것으로도 전망된다.
연구진은 궁극적으로 값싼 금속화합물 원자 배열 조절 연구를 통해서 귀금속의 양을 최소한 사용하면서 고효율의 촉매 개발이 가능할 것으로 진단했다.
이광렬 고려대 화학과 교수는 “현대 사회가 마주한 에너지 고갈에 따른 대체에너지에 대한 필요성이 대두되는 시기에 이번 연구는 최종적으로 저렴한 원료에서부터 고효율 수소 에너지 생산이라는 높은 부가가치 창출을 할 수 있는 단초 역할을 제공할 것으로 생각된다”고 말했다.
연구결과는 재료과학분야의 권위 있는 국제학술지 ‘Chem’(IF 25.832)에 1월 2일 온라인 게재됐다.
복현명 기자 hmbok@dailysmart.co.kr
