2차원 금속박막 수소 생산 반응 성능 개선
차세대 수소 에너지
2차원 전이금속 칼코겐화합물인 VSe2는 희귀 금속 없이 낮은 비용으로 수소를 생산하는 촉매로 주목받고 있었지만 표면 산화가 촉매 성능에 미치는 영향은 충분히 밝혀지지 않았다.
연구팀은 방사광가속기를 활용해 높은 물분압에서 작동하는 X선 광전자분광법과 밀도범함수 이론 계산을 통해 순수한 VSe2 박막은 물 분자의 흡착과 분해가 제한적이어서 수소 발생 효율이 낮다는 사실을 확인했다.
반면 VSe2 표면을 적절히 산화시키면 물 흡착과 분해를 촉진해 촉매 성능이 대폭 향상되는 것을 밝혀냈다.
이번 연구는 2차원 물질 촉매의 효율을 극대화하기 위해 표면 산화상태를 조절하는 새로운 설계 전략을 제시했다는 점에서 학계와 산업계의 주목을 받고 있다.
장 교수는 "이번 연구는 2차원 금속성 소재의 전자구조와 화학적 반응성을 조절해 수소생산 촉매의 성능을 향상하는 데 중요한 이정표를 세운 것"이라며 "향후 고효율·저비용 수소 에너지 촉매 개발을 위한 원천기술을 제공할 것으로 기대한다"고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 집단연구지원사업, 중견연구자지원사업 및 창의도전 연구기반지원사업, 해외대형연구시설 활용연구지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
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