나노기술 및 정책 정보

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● 중국 칭화대학교의 류카이 교수 연구팀이 자체 개발한 탄소나노튜브(CNT) 필름의 줄 발열 방식(자기발열)을 이용하여 초고속 가열/냉각을 통한 역학적 제어를 실현하고 고효율 탄소기반 헤테로 나노구조체 제조에 성공

● 헤테로 나노구조체는 구성성분, 기능 및 성능적 측면에서 우수성을 인정받아 과학연구와 실제 응용에서 중요한 역할을 하지만, 기존의 합성 방법은 승온/냉각 시간이 길고 정밀 제어가 어려우므로 고효율 헤테로구조 물질 제조에 한계

● 또한, 승온/냉각 시간을 초 미만 단위로 제어할 수 있는 초고속 합성 방법은 고효율 헤테로 나노구조체를 합성할 수 있는 이상적인 방법이지만, 관련 연구가 부족한 상황

● 연구팀이 개발한 CNT 필름 자가발열방법은 200~300ms 사이에 실온에서 1770K의 고온까지 초고속 가열이 가능하고, 104Ks⁻¹의 속도로 승온/냉각이 가능하며, 안정적이고 균일하게 고온(~1770K)을 유지하는 것이 가능

● 특히, 초고속 승온/냉각에 힘입어 성장시간이 매우 짧아졌기에 Mo₂C/MoC 헤테로구조 나노입자들이 결집하지 않고 CNT에 균일하게 분포되며, Mo₂C/MoC 헤테로구조 나노입자와 CNT 사이에 단단한 화학결합이 형성되어 촉매 활성과 안정성이 대폭 향상

● 해당 방법으로 만들어낸 Mo₂C/MoC/CNT 수소생산반응(HER) 촉매 전극은 강알칼리성 환경(pH=14) 및 고전류 밀도(1000mAcm⁻²)에서 14일 작업 후 과전압 변화율이 6% 미만에 불과해 내부식성, 고활성, 높은 안정성 등 우수한 성능을 보임

※ Nature Communications(2022.06.09.) 게재, “Ultrafast self-heating synthesis of robust heterogeneous nanocarbides for high current density hydrogen evolution reaction”