포스텍 연구팀, 엑솔루션 현상 제어방법 규명

사진은 포스텍 한정우 교수.

[포항=뉴시스] 강진구 기자 = 포스텍(총장 김무환)은 화학공학과 한정우 교수, 박사과정 김경학 대학원생 연구팀이 KAIST 정우철 교수팀, GIST 김봉중 교수팀과의 공동연구를 통해 신재생에너지와 휴대용 연료전지, 촉매 등에 사용되는 나노입자를 만들기 위한 엑솔루션 현상을 제어하는 방법을 규명했다고 14일 밝혔다.

엑솔루션(exsolution)은 금속 혼합물 따위를 가열해 그 성분을 분리하는 조작을 말한다.

연구팀은 페로브스카이트 구조에서 양이온과 산소의 결합 세기를 조절함으로써 페로브스카이트 물질 내에 존재하는 양이온의 엑솔루션 현상이 조절될 수 있음을 증명했다고 설명했다.

이를 바탕으로 나노입자의 형성을 제어할 수 있음도 규명했다고 덧붙였다.

기존에는 나노입자를 진공증착 방식으로 만들어 시간과 비용이 많이 들고 열에 불안전하다는 한계가 있어 왔다.

이에 페로브스카이트 격자에 고온과 환원 환경을 만들어 금속 이온이 격자에서 빠져나와 표면에서 자라는 엑솔루션 방식이 연구돼 왔다.

그 동안 다양한 재료에서 그 응용 가능성이 제안됐지만, 원자단위의 구동인자가 보고된 바는 없어 이를 성공적으로 제어하는 데에 큰 어려움이 있어 왔다.

연구팀은 낮은 온도에서 열적 안전성을 높게 유지하면서 나노입자를 빠르게 만들기 위해 양이온과 산소의 결합 세기를 조절했다.

[포항=뉴시스] 강진구 기자 = 포스텍(총장 김무환)은 화학공학과 한정우 교수, 박사과정 김경학씨 연구팀이 KAIST 정우철 교수팀, GIST 김봉중 교수팀과의 공동연구를 통해 신재생에너지와 휴대용 연료전지, 촉매 등에 사용되는 나노입자를 만들기 위한 엑솔루션 현상을 제어하는 방법을 규명했다고 14일 밝혔다.사진은 연구 관련 그림.(사진=포스텍 제공) 2020.07.14.  [email protected]

큰 이온반지름을 가지는 원소를 치환함으로써 양이온과 산소의 결합길이도 제어했다.

이번에 개발된 방법을 산화촉매에 적용했을 때 촉매적 활성을 기존 엑솔루션 촉매 대비 4배까지 증진시킬 수 있음을 확인했다.

엑솔루션을 통해 합성된 재료는 연료전지 음극전극으로 활용돼 전극의 내구성을 향상해 전지 수명 증가에도 도움을 주는 것으로 연구됐다.

가스센서와 개질반응, 다양한 금속산화물 기반 나노입자 촉매가 활용되는 화학촉매에도 쉽게 응용될 수 있는 것으로 연구됐다.

이 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에너지와 환경 과학(Energy & Environmental Science)' 표지논문으로 선정돼 온라인판 최근호에 게재됐다.

연구를 주도한 포스텍 한정우 교수는 “엑솔루션은 현재 가장 주목받는 고성능 나노촉매 합성 방법 중 하나”라며 “이 연구에서 발견한 구동력과 응용 방법을 적용한다면 다양한 분야에서 연료전지 전극과 촉매의 개발이 이뤄질 것으로 기대된다”고 말했다.


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