에너지연 화학논문, Scientific Reports TOP 100 선정
에너지연 화학논문, Scientific Reports TOP 100 선정
  • 홍시현 기자
  • 승인 2020.05.07
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

수소 생산 광촉매 개발과 슈퍼커패시터용 전극 개발 등 2건

[투데이에너지 홍시현 기자] 한국에너지기술연구원(원장 김종남, 이하 에너지연)의 화학분야 연구논문 2편이 2019년 Scientific Reports 화학분야에서 가장 많이 다운로드 된 TOP 100에 선정됐다.

이번에 선정된 2편의 논문은 △MOF/ZnCr-LDH 광촉매 개발과 이를 이용한 물분해 수소 생산 △MOF/왕겨를 이용한 슈퍼커패시터용 전극 개발 등이다.

에너지연 에너지소재연구실의 Muhammad Sohail, 김현욱, 김태우 등 연구원이 참여한 MOF/ZnCr-LDH 광촉매 개발과 이를 이용한 물분해 수소 생산 연구는 3차원 Ti-MOF와 2차원 ZnCr-LDH 나노시트를 결합해 세계 최초로 수소생산을 위한 신규 가시광 활성 광촉매를 개발했다.

기존 Ti-MOF 광촉매는 활성이 낮아 값비싼 백금과 같은 귀금속을 결합시켜 사용하는데 이번 연구에서는 값싼 2차원 ZnCr-LDH 나노시트를 Ti-MOF에 결합시켜 기존 Ti-MOF 광촉매대비 수소발생 효율을 약 3배 증가시켰다.

3차원 Ti-MOF와 2차원 ZnCr-LDH 나노시트의 뛰어난 광촉매 성능은 두 소재의 적절한 밴드갭(band gap) 위치와 전자결합에 의해 규명했다. 즉 가시광이 Ti-MOF의 전자를 Zn-LDH 전도밴드로 전이시키고 Zn-LDH에서 발생한 전공은 Ti-MOF로 이동해 전자와 정공의 수명을 증가시켜 광촉매 성능이 획기적으로 향상됐다.

에너지연의 김현욱, Muhammad Sohail, 서명원, 김세영, 한성옥 등 연구원이 참여한  MOF/왕겨를 이용한 슈퍼커패시터용 전극 개발 연구는 저렴한 왕겨(rice husk)와 높은 다공성과 규칙적인 금속 구조를 가진 MOF를 하이브리드해 슈퍼커패시터용 전극물질을 개발했다. 또한 두 개의 다른 금속(Co/Mn)을 가진 MOF를 탄화된 왕겨의 채널 내부에서 실시간으로 성장시켜 MOF 하이브리드 탄화체 제조 가능성을 처음으로 증명했다.

MOF가 담지된 왕겨를 열처리해 psedocapacitive 나노재료로서 왕겨 채널 내부에 CoMn2O4, Co 및 MnO의 혼합물이 하이브리드된 탄화체를 합성했다. 이때 왕겨에 담지된 MOF의 결정크기를 제어해 슈퍼커패시터의 전기화학적 용량을 변화시킬 수 있다. 따라서 바이오매스 탄화체와 잘 조립된 MOF의 최적 결합으로 고성능의 에너지저장용 신규 전극재료 개발이 가능함을 증명했다.

이번 연구는 John Foord 영국 옥스퍼드대 화학과교수와 국제공동연구로 수행했다.

에너지연 에너지소재연구실은 혁신적인 에너지소재 개발연구를 수행하며 특히 MOF를 이용한 촉매개발, 수소생산 및 에너지저장 응용에서 선두적인 연구를 수행하고 있다.

이번 연구는 에너지연 주요사업, 한국연구재단 신진연구자 프로그램 및 글로벌 프론티어 파동에너지극한제어연구단의 지원을 받아 수행됐다.


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

해당 언어로 번역 중 입니다.