나노기술 및 정책 정보

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● 일본 물질·재료연구기구 연구팀이 지금까지 미세한 기공(세공)을 만드는 것이 어려웠던 탄소나노시트에 무수히 많은 구멍을 내는 방법을 개발하고 다공성 탄소나노시트를 합성하는 데 성공

● 연구진은 유기금속구조체(MOF)라 불리는 물질이 나노시트 모양으로 박리될 수 있다는 사실에 주목하여 박리 후의 MOF 유래 나노시트의 탄화를 통해 새로운 재료를 합성하는 데 성공

● 개발된 다공성 탄소나노시트는 두께 1.5nm(나노미터)의 2차원 시트로 되어 있으며 표면에는 무수한 세공이 존재하는 한편, 이들은 시트 안을 관통하고 있어 다른 분자로 시트 내의 세공 표면을 수식하고 새로운 기능을 쉽게 추가하는 것이 가능

● 예를 들어, MOF에 포함되어 있는 질소(N) 원자를 남겨 질소로 도핑된 다공성 탄소나노시트를 합성한 후, 세공 안을 철(Fe) 원자로 적절히 수식하면 많은 Fe–N4 활성 사이트를 응집하지 않고 균일·고밀도로 형성할 수 있음.

● 본 기술은 연료전지에서 산소환원반응(ORR)의 활성을 높이는 중요한 기술로 본 탄소 물질은 에너지 변환·저장 등 폭넓은 전기화학적 용도에 응용될 것으로 전망

● 본 연구를 통해 합성된 다공성 탄소나노시트는 재적층하여 3차원 재료로 만들더라도 많은 촉매 활성 부위를 유지하는 것이 확인되어 향후 연료전지나 이차전지에 응용될 것으로 기대

※ Journal of the American Chemical Society 게재(2022.05.23.), “Metal–Organic Framework-Derived Graphene Mesh: a Robust Scaffold for Highly Exposed Fe–N4 Active Sites toward an Excellent Oxygen Reduction Catalyst in Acid Media”