나노기술 및 정책 정보

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● 한국과학기술연구원 청청신기술연구본부의 천동원 박사 연구팀이 기존에 보고된 바 없는 새로운 준안정상 팔라듐 수소화물(PdHx) 소재 개발과 함께 생성 기전을 규명

● 그동안 준안정상을 통해 새로운 성능을 갖는 소재의 개발에 대한 많은 연구가 이루어졌으나, 절삭·가공용 다이아몬드 합성과 박막증착처럼 주로 경험적인 방법론에 의존해 한계가 존재

● 이에 연구팀은 백금과 비슷한 촉매 작용과 함께 수소를 흡수하는 성질로 차세대 수소 에너지의 핵심소재로 주목받고 있는 팔라듐에 주목

● 준안정상 소재 개발의 체계적인 이론화를 위해, 투과전자현미경 액상셀 내부에 수소가 충분한 수소분위기를 조성하고 팔라듐 결정을 성장시켜 새로운 결정구조를 갖는 준안정상 팔라듐 수소화물을 직접 합성하는데 성공

● 이렇게 개발된 준안정상 팔라듐 수소화물은 안정상 소재보다 우수한 열안정성과 더불어 수소저장 성능이 2배에 가까운 것으로 확인

● 개발한 준안정 금속 수소화물 합성법의 과학적 근거를 마련하기 위해 2차원 전자현미경 이미지들을 3차원 이미지로 재구성하는 원자분해능 전자토모그래피(Atomic Electron Tomography) 분석법으로 나노미터 크기의 금속 수소화물 결정을 분석한 결과, 3차원 구조의 준안정상 팔라듐 수소화물이 열역학적으로 안정적임을 증명

● 연구팀은 새롭게 개발한 준안정상 소재합성방법론으로 경량원소가 포함된 신합금 개발의 중요한 원천기술을 마련하게 되었으며, 향후 수소, ● 리튬 등을 저장할 수 있는 준안정상 기반 친환경 에너지 소재에 대한 연구를 진행할 예정

※ 용어설명

- 준안정상(metastable phase) 물질: 열역학적 에너지가 안정상 보다 높지만, 안정상으로 변화하는데 필요한 에너지의 양이 매우 커서 준안정 상태로 존재하는 물질로 다이아몬드와 흑연이 대표적인 물질

- 수소화물(hydride) : 수소가 다른 원소와 결합한 화합물

- 수소 분위기(hydrogen atmosphere) : 수용액 내부에 수소분자 및 수소라디칼이 급격하게 증가하도록 만든 환경

※ Nature 게재(2022.03.23.), “Metastable Hexagonal Close-Packed Palladium Hydride in Liquid Cell TEM”

※ 과학기술정보통신부(미래소재디스커버리사업) KIST 미래원천청정신기술 개발 사업 지원