나노기술 및 정책 정보

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● 경북대학교 화학과 최상일 교수, 영남대학교 화학과 윤영상 교수, 강원대학교 화공·생물공학부 임형규 교수 공동 연구팀은 상전이가 일어나고 있는 루테늄 나노입자에 탄소를 주입하면 고성능 루테늄 탄화물 촉매를 합성할 수 있음을 제시

● 입방밀집구조의 루테늄은 에너지가 조금 높은 준안정한(meta-stable) 상태로 고온에서 조밀한 육방밀집구조로 상전이되면서 안정화 된다고 알려져 있지만, 이 과정에 대한 이해가 완전하지 못했던 상황 

● 연구팀은 실시간 투과전자현미경과 X-선 회절분석으로 준안정한 루테늄 입자의 결정상 전이과정을 정밀하게 분석하고 이를 토대로 상전이 후 생성되는 새로운 루테늄 탄화물을 발견

● 특히, 고체 탄소 지지체 위에서 합성된 입방밀집구조의 루테늄 원자들이 재배열(원자 미끄러짐) 되면서 루테늄(금속) 격자사이로 탄소(비금속)가 삽입, 금속과 비금속간 새로운 결합을 유도하여 신규 화합물인 루테늄 탄화물이 생성되는 것을 확인

● 해당 과정으로 얻은 루테늄 탄화물이 백금 촉매보다 수소생산반응 효율을 4배 이상 높일 수 있고, 추가적인 세척과정 없이 바로 촉매로 활용할 수 있다는 것이 장점

● 본 연구에서 제시한 합성전략을 활용한 고효율 그린 수소생산 시스템 개발에도 도움이 될 것으로 기대하며, 향후 연구팀은 루테늄 탄화물을 대량으로 얻기 위한 합성조건 최적화 연구을 수행할 계획

※ 용어설명

- 상전이: 물질이 하나의 상(相)에서 다른 상으로 전이(轉移)되는 현상

- 준안정: 안정상태(stable state)보다 에너지가 높은 상태이지만 불안정하지는 않아 에너지나 물질상이 변화하지 않고 유지될 수 있는 상태 

- 루테늄: 은백색을 띠는 백금족의 일종인 금속으로 전기전도성이 좋고 내부식성과 내마모성이 좋아 전자, 촉매, 합금 분야 등에 사용

- 입방밀집구조: 정육면체의 각 꼭지점과 각 면의 중심에 원자들이 배열

- 육방밀집구조: 육각기둥 형태의 각 꼭지점에 원자들이 배열 

※ Advanced Materials 게재(2021.10.05.), “Crystal Phase Transition Creates a Highly Active and Stable RuCX Nanosurface for Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Media”

※ 과학기술정보통신부(KIST 주요사업), 한국연구재단 (중견연구사업, 나노원천기술개발사업) 지원