나노기술 및 정책 정보

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산화 그래핀은 양성자 전도(proton conduction) 능력을 가지고 있기 때문에 고성능 고체 상태 전해질로 개발되어 연료전지, 액체 흐름 전지 등 분야에 응용될 수 있지만 산화 그래핀 표면 양성자 전도 메커니즘(proton conduction mechanism)에 대해서는 아직 명확한 해석을 하지 못하고 있으며. 이런 상황은 산화 그래핀에 기반한 양성자 교환 소재 발전을 제약하고 있음.

중국 시안(西安) 자오퉁(交通) 대학교 전기 공정 대학 산하 "신형 에너지 저장 및 에너지 전환 나노 소재 연구 센터" 연구팀은 최근 반응 분자 동력학 방법을 응용하여 물 분자가 부착된 상황에서 산화 그래핀 표면의 양성자 전송 행위에 대해 체계적인 연구를 수행하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 산화 그래핀 표면의 에폭시(epoxy) 기능그룹과 하이드록실(hydroxyl)기는 모두 물 분자를 흡착하여 수소 결합 네트워크를 형성하고 양성자는 동 수소 결합 네트워크를 통해 주변에 있거나 주변에 있지 않는 하이드록실기 사이에서 비교적 낮은 에너지 장벽 전송을 실현할 수 있다는 점을 입증하였음.

에폭시(epoxy) 기능그룹의 양성자 전도 능력은 비교적 취약하기 때문에 자발적인 양성자 전송 과정에 대한 관측을 실행하기 어려운데 연구팀은 이번 연구를 통해 산화 그래핀 중에 하이드록실기 함유량을 증가시키면 양성자 전도율을 향상시킬 수 있다는 점을 발견하였음.

중국 시안(西安) 자오퉁(交通) 대학교 전기 공정 대학 산하 "신형 에너지 저장 및 에너지 전환 나노 소재 연구 센터"(http://cne.xjtu.edu.cn)는 신에너지 기술 분야 선행 연구를 전문적으로 수행하고 있으며, 특히 신형 에너지 저장과 에너지 전환 나노 소재 연구를 하고 있음. 소재의 미시/메조스코픽(mesoscopic) 구조-화학 특성-나노 제조 기술을 핵심으로 한 기초연구를 수행하는 동시에 신에너지 전환과 에너지 저장 시범 공정 연구를 수행하고, 전기공정학과 발전을 추진하고, 해당 분야 이론 혁신과 연구 방법 혁신을 추진하고 있는 상황임.

본 연구 성과는 ‘Chemistry of Materials’ ("Unraveling the Water-Mediated Proton Conduction Mechanism along the Surface of Graphene Oxide") 지에 게재됨.