나노기술 및 정책 정보

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토호쿠대학(東北大学), 오사카대학(大阪大学), 츠쿠바대학(筑波大学) 등 공동연구팀이 탄소 원자 한 층으로 이루어진 그래핀의 가장자리 구조는 수학적인 관점으로 볼 때 기하학적 왜곡이 화학 원소종의 ‘호스트’가 될 수 있음을 발견하고 의도적으로 화학 원소종을 화학적으로 도핑함. 그래핀의 가장자리 구조에 의도적으로 질소(N)와 인(P)을 도입함으로써, 화학 도핑된 가장자리 구조를 갖는 그래핀이 화학 도핑되지 않은 가장자리 구조를 갖는 그래핀 또는 가장자리 구조를 갖지 않으면서 화학 도핑된 그래핀보다 수소 발생 능력이 높은 것을 확인함. 최첨단 전기화학현미경 기술로 분석한 결과, 수소 발생 반응에 관여하는 양성자의 흡착 에너지가 일반적으로 사용되는 고가의 귀금속인 백금에 육박했으며, 비금속 원소의 화학 도핑과 가장자리 구조 등의 원자 구조가 전극 반응의 향상에 기여하는 것을 세계 최초로 입증함. 향후 본 연구를 기점으로 신재생 에너지 전력 및 비금속로만 구성된 전극을 조합함으로써 환경 부하를 발생하지 않는 수소 제조의 창출 기술에 기여할 뿐만 아니라 수학적 관점을 이용한 재료의 표면 구조와 화학 도핑 상태의 제어 등 차세대 물질의 탐색·설계·개발로 이어져 수소 사회 구축에 기여할 것으로 기대됨. 본 연구 성과는 ‘Advanced Science’ 지에 게재됨