UNIST-KIST, 에너지 변환·저장장치 활용 탄소 물질 개발

그래핀 튜브가 규칙적으로 연결된 '그래핀 메조다공성 탄소' 합성

연료 전지 촉매, 에너지 저장 장치 등으로 다양하게 쓰일 수 있는 탄소 나노 물질이 개발됐다.

17일 울산과학기술원(UNIST)은 화학과 주상훈 교수팀과 한국과학기술연구원(KIST) 김진영 박사팀이 공동 연구해 그래핀 튜브(탄소 나노튜브)가 규칙적으로 연결된 ‘그래핀 골격 메조다공성 탄소'(Ordered Mesoporous Graphitic Tubular Carbon·OMGC)를 합성하는 데 성공했다고 밝혔다.

연구팀에 따르면 메조다공성 탄소는 가공 크기가 일정하고 균일하게 배열된 탄소 나노 물질이다.

반응 표면적이 넓어 촉매로 유리하지만, 전기 전도도가 낮다는 단점 때문에 쓰임새 제한이 있었다.

연구팀은 ‘메조다공성 실리카’와 ‘몰리브데늄 카바이드’를 틀(주형)로 사용하는 ‘이중 주형법’을 고안했다.

몰리브데늄 카바이드를 메조다공성 구조로 만들게 되면 겉에 그래핀 층이 여러 겹 생기는데, 이 상태에서 몰리브데늄 카바이드만 제거하면 그래핀 튜브로 이뤄진 메조다공성 탄소를 얻을 수 있다고 연구팀은 설명했다.

이 물질과 루테늄을 함께 쓴 촉매는 상용 촉매보다 높은 성능을 보였으며, 수소 생산 장치에서도 성능이 우수한 것으로 나타났다.

김진영 박사는 “차세대 수소 생산 장치로 주목받고 있는 알칼리 고체막 물 분해 장치의 성능 향상에 큰 전기를 마련한 연구”라고 말했다.

또 이 물질은 에너지 저장 장치로 쓰일 가능성도 보였다.

에너지 저장 장치 중 하나인 리튬이온 커패시터(Lithium-ion capacitor)에서 그래핀 메조다공성 탄소가 기존 메조다공성 탄소보다 저장 성능이 우수했다고 연구팀은 밝혔다.

주상훈 교수는 “개발한 소재는 메조다공성 탄소, 그래핀, 탄소 나노튜브 장점을 결합한 물질”이라며 “에너지 변환 장치용 촉매, 촉매 지지체, 에너지 저장 장치, 오염 물질 흡착제 등으로 다양하게 응용될 수 있다”고 말했다.

연구는 화학 분야 학술지 ‘앙게반테 케미'(Angewandte Chemie International Edition)에 12일 자로 온라인 출판됐다.

연구 수행은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 ‘기후변화대응기초원천기술개발사업’, ‘미래소재디스커버리사업’, ‘수소에너지혁신기술개발사업’, 한국과학기술연구원 주요 사업 지원을 받아 이뤄졌다.

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