맥신 복합체로 수소·산소 발생반응 개선 … 50시간 안정성 확인
국내 대학 연구진이 물을 분해해 수소를 생산하는 과정의 에너지 효율을 높일 수 있는 복합소재를 개발했다. 연구진은 바이오폐기물을 양자점으로 전환하는 기술의 연구 동향과 활용 가능성을 분석한 연구 결과도 함께 발표했다.
전북대학교는 김희대 반도체과학기술학과 교수 연구팀이 니켈-코발트 셀레나이드와 이차원 소재인 맥신(MXene)을 결합한 복합체를 개발했다고 13일 밝혔다.
연구팀에 따르면 물을 전기로 분해해 수소를 생산하려면 수소와 산소가 발생하는 반응에 추가 에너지가 필요하다. 이때 필요한 추가 전압인 ‘과전압’이 낮을수록 적은 에너지로 반응을 일으킬 수 있다.
연구팀은 복합체를 만드는 과정에서 사용하는 용매를 달리해 소재의 나노구조와 미세한 구멍의 형태를 조절했다. 물과 에탄올을 섞은 용매로 만든 소재가 가장 넓은 표면적과 균일한 나노구조를 형성했다.
이 소재는 산소발생반응에서 258mV, 수소발생반응에서 146mV의 과전압을 기록했다. 두 반응 모두 50시간 동안 큰 성능 저하 없이 작동했다고 연구팀은 설명했다. 넓은 표면적과 미세구조가 전해질 이온 이동과 전기화학 반응을 돕는 것으로 분석됐다.
연구팀은 별도의 논문에서 음식물·농업 부산물 등 바이오폐기물을 미세한 반도체 입자인 ‘양자점’으로 만드는 기존 기술과 활용 가능성도 종합적으로 분석했다.
분석 결과 바이오폐기물에서 만든 양자점의 빛을 내는 특성은 입자 크기뿐 아니라 표면 구조와 결함, 다른 원소의 첨가 등 여러 요인의 영향을 받는 것으로 나타났다.
연구팀은 이 같은 양자점이 향후 바이오센서와 영상진단, 환경오염물질 검출, 광촉매, 약물전달, 광전자소자 등에 활용될 가능성이 있다고 설명했다. 다만 이 연구는 새로운 양자점을 직접 개발한 실험연구라기보다 기존 합성기술과 응용 분야를 정리·분석한 연구다.
두 연구에는 전북대 연구진과 인도 시바지대, 벨기에 몽스대 연구진 등이 참여했다. 연구 결과는 각각 국제학술지 ‘Advanced Composites and Hybrid Materials’와 ‘Renewable and Sustainable Energy Reviews’에 게재됐다.
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