에너지기술연구원 화학논문, 사이언티픽 리포트 톱 100 선정
에너지기술연구원 화학논문, 사이언티픽 리포트 톱 100 선정
  • 진경남 기자
  • 승인 2020.05.07 13:06
  • 댓글 0
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물분해 수소생산 광촉매 개발 및 슈퍼커패시터용 전극 개발 등 2건

[이투뉴스] 한국에너지기술연구원(원장 김종남)의 금속-유기 구조체(MOF) 연구논문이 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 선정 지난해 화학 분야에서 가장 많이 다운로드 된 톱 100 이내 우수논문으로 선정됐다.

이번에 선정된 2편의 논문은 MOF/ZnCr-LDH 광촉매 개발과 이를 이용한 물분해 수소 생산과 MOF/왕겨를 이용한 슈퍼커패시터용 전극 개발이다.

무하메드 소하일(Muhammad Sohail), 김현욱, 김태우 연구원이 참여한 MOF/ZnCr-LDH 광촉매 개발과 이를 이용한 물분해 수소 생산은 3차원 Ti-MOF와 저렴한 2차원 ZnCr-LDH 나노시트를 결합해 세계최초로 수소생산을 위한 신규 가시광 활성 광촉매를 개발했다.

▲기존 Ti-MOF 합성방법과 이번 연구의 광촉매 합성방법 비교
▲기존 Ti-MOF 합성방법과 이번 연구의 광촉매 합성방법 비교

기존 Ti-MOF 광촉매는 활성이 낮아 값비싼 백금과 같은 귀금속을 결합시켜 사용한다. 이번 연구에서는 값싼 2차원 ZnCr-LDH 나노시트를 Ti-MOF에 결합시켜 기존 Ti-MOF 광촉매 대비 수소발생 효율을 약 3배 증가시켰다.

3차원 Ti-MOF와 2차원 ZnCr-LDH 나노시트의 뛰어난 광촉매 성능은 두 소재의 적절한 밴드갭(band gap) 위치와 전자결합으로 규명했다. 가시광이 Ti-MOF 전자를 Zn-LDH 전도밴드로 전이시키고, Zn-LDH에서 발생한 전공은 Ti-MOF로 이동해 전자와 정공의 수명을 증가시켜 내구성이 안정화되고 광촉매 성능도 향상됐다.

김현욱, 무하메드 소하일, 서명원, 김세영, 한성옥 등 연구원이 참여한 MOF/왕겨를 이용한 슈퍼커패시터용 전극 개발 연구는 저렴한 왕겨(rice husk)와 높은 다공성과 규칙적인 금속 구조를 가진 MOF를 결합해 슈퍼커패시터용 전극물질을 개발했다. 두 개의 다른 금속(Co/Mn)을 가진 MOF를 탄화된 왕겨의 채널 내부에서 실시간으로 성장시켜 MOF 하이브리드 탄화체 제조 가능성을 처음으로 증명한 것이다.

MOF를 담은 왕겨를 열처리해, 유사 용량성 나노재료로서 왕겨 채널 내부에 CoMn2O4, Co 및 MnO의 혼합물이 하이브리드된 탄화체를 합성했다. MOF 결정크기를 제어해 슈퍼커패시터 전기화학적 용량을 변화시킬 수 있다. 바이오매스 탄화체와 MOF의 최적 결합으로 고성능 에너지저장용 신규 전극재료 개발이 가능함을 증명했다.
 
에너지기술연구원 에너지소재연구실은 혁신적인 에너지소재 개발연구를 하고 있다. 특히 MOF를 이용한 촉매개발, 수소생산 및 에너지저장 응용에서 선두적인 연구를 수행하고 있다.

이번 연구는 한국에너지기술연구원 주요사업, 한국연구재단 신진연구자 프로그램 및 글로벌프론티어 파동에너지극한제어연구단의 지원을 받아 수행됐다.

진경남 기자 jin07@e2news.com 


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