팔라듐 금속 삽입을 통한 단일 원자층 이황화몰리브덴의 구조적 변환 도식도.[인하대학교 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 탄소중립 시대 핵심 기술인 수전해 기술 중 수소 발생 반응 성능을 크게 높일 수 있는 전략이 제시됐다.

한국연구재단은 인하대학교 전기준 교수 연구팀과 금오공과대학교 박철민 교수 공동 연구팀이 수전해 반응에서 촉매로 많이 활용되는 2차원 소재 이황화몰리브덴(MoS2)의 구조를 제어할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

수전해 과정에서 반응과 효율 등을 증가시키기 위해 촉매를 사용하는데, 반응성이 가장 높은 귀금속의 경우 값이 비싸 경제성을 보완할 수 있는 연구가 활발히 진행되고 있다.

그 중 우수한 촉매 후보군으로 각광 받는 2차원 소재의 경우, 다층보다 단일 원자층에서 높은 효율을 갖는데, 단일층 내에서도 구조적으로 다른 2개 상(Phase)에 따라 성능 차이를 보인다.

하지만 고품질의 균일한 단일층을 합성하면서도 존재하는 2개의 구조가 다른 상을 제어하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 화학기상증착법(CVD)을 통해 균일한 단일 원자층의 이황화몰리브덴을 제작, 여기에 극미량(〈1%)의 팔라듐 금속을 삽입해 원자층에 존재하는 2개의 상을 조절하는 데 성공했다.

합성된 이황화몰리브덴은 기존 합성연구의 결과와 비교해 높은 순도 및 수전해 효율을 보였다.

구조적 상변이 비율을 최대 86%까지 제어했는데 이는 세계 최고 기술 수준을 달성한 수치다. 또한 수소 발생 효율 측면에서 최고 수준의 백금 촉매와 유사한 수치를 보였고, 특히 기존 백금 촉매 대비 1000배 이상 높은 촉매 질량 활성 수치를 확인했다.

연구팀은 “수전해 반응 촉매, 반도체, 광소자 및 전자소자 등 다양한 연구 및 산업 방면에서 상의 구조적인 제어를 통해 각 분야에 적합한 정도의 상 비율을 조절할 수 있어 전략적 응용이 가능할 것”이라고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘어드벤스드 에너지 메터리얼즈’ 4월 25일 게재됐다.