UNIST·KIST, 그래핀 메조다공성 탄소 개발
UNIST·KIST, 그래핀 메조다공성 탄소 개발
  • 윤예슬 기자
  • 승인 2020.11.17
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전기전도도 높아 수소생산효율 높여
메조다공성 흑연질 탄소 골격 구조.
메조다공성 흑연질 탄소 골격 구조.

[투데이에너지 윤예슬 기자] 전기전도도가 우수한 그래핀으로 만들어진 새로운 ‘메조(meso)다공성’ 탄소가 개발돼 차세대 에너지 생산 및 저장 장치의 상용화를 앞당기는 데 크게 기여할 것으로 기대된다. 

UNIST(총장 이용훈)는 17일 화학과 주상훈 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 김진영 박사팀과의 공동연구를 통해 그래핀 튜브(탄소 나노튜브)가 규칙적 연결된 ‘그래핀 골격 메조다공성 탄소(Ordered Mesoporous Graphitic Tubular Carbon, OMGC)’를 합성하는 데 성공했다고 밝혔다.  

그래핀 메조다공성 탄소는 구멍이 많고 전기전도도가 높아 연료전지 촉매, 촉매 지지체, 에너지 저장장치 등으로 다양하게 쓰일 수 있다. 

메조다공성 탄소는 기공 크기가 일정하고 균일하게 배열된 탄소 나노물질로 반응 표면적이 넓어 촉매로서 유리하지만 물로 수소를 만드는 ‘물 전기 분해 시스템’이나, 수소로 전기를 만드는 연료전지 촉매로 쓰이려면 물질의 전기전도도가 높아야 하는데 반해 메조다공성 탄소는 전기전도도가 낮다는 단점 때문에 쓰임새의 제한이 있었다. 

주 교수 연구팀은 이를 해결하기 위해 ‘메조다공성 실리카’와 ‘몰리브데늄 카바이드’를 틀(주형)로 사용하는 ‘이중 주형법’을 고안했다. 

제1저자인 백두산 화학공학과 박사과정 연구원은 “‘몰리브데늄 카바이드’를 메조다공성 구조로 만들게 되면 겉에 그래핀 층(few-layer graphene)이 여러 겹 생긴다”라며 “이 상태에서 ‘몰리브데늄 카바이드’만 제거하면 그래핀 튜브로 이뤄진 메조다공성 탄소를 얻을 수 있다”고 설명했다. 

그래핀 메조다공성 탄소와 루테늄을 함께 쓴 촉매는 상용 촉매 (루테늄, 백금)보다 높은 성능을 보였으며 실제 상용화된 수소생산 장치에서도 우수한 성능을 보였다. 

실험을 진행한 김진영 한국과학기술연구원 박사는 “차세대 수소생산 장치로 각광받고 있는 알칼리 고체막 물분해 장치의 성능 향상에 큰 전기를 마련한 연구”라고 전했다.

주 교수는 “새롭게 개발한 소재는 메조다공성 탄소, 그래핀, 탄소 나노튜브의 장점을 결합한 물질”이라며 “에너지 변환장치용 촉매 또는 촉매 지지체, 에너지 저장장치, CO₂흡착제, 오염물질 흡착제 등에 다양하게 응용될 것”이라고 기대했다. 

한편 주상훈 UNIST 화학과 교수팀, 강석주 에너지화학공학과 교수팀, 김진영 KIST 박사팀이 참여한 이번 연구는 화학 분야 권위지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)’에 지난 12일자로 온라인 출판됐다. 


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