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NEW 유영동 교수팀, 차세대 에너지 변환·저장용 핵심 촉매 구조 개발
- 2025-07-07
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우리 학교 화학과 유영동 교수팀이 청정 수소를 비롯한 차세대 에너지 변환 및 저장 소자에 핵심적 촉매로 활용될 수 있는 새로운 구조를 개발했다.
유영동 교수팀은 뛰어난 촉매 성능을 지니는 위상 준금속 텅스텐 디텔루라이드(WTe₂) 기반 나노와이어 어레이를 구현할 수 있는 새로운 방법을 개발했다고 밝혔다.
해당 연구는 ‘고효율 수소 발생을 위한 활성 자리가 풍부한 계층적 바일 준금속 WTe₂ 나노와이어 어레이(Active Sites‐Enriched Hierarchical Weyl Semimetal WTe₂ Nanowire Arrays for Highly Efficient Hydrogen Evolution’라는 제목으로 <어드밴스드 사이언스(Advanced Science)>의 7월3일자 표지 논문(Inside Back Cover)으로 게재됐다. 아주대 유영동 교수(위 사진 왼쪽)가 교신저자로, 아주대 박사후연구원 김현경 박사(위 사진 오른쪽)가 제1저자로 참여했다.
텅스텐 디텔루라이드(WTe₂)는 독특한 전자 구조를 갖는 위상 준금속으로, 전도성과 안정성이 우수해 전기화학 촉매로의 활용 가능성이 높다. 그러나 기존의 벌크 텅스텐 디텔루라이드(WTe₂)는 촉매 활성 자리가 부족해 제한된 촉매 성능을 보였다.
이에 아주대 연구팀은 위상 준금속 텅스텐 디텔루라이드(WTe₂)를 나노와이어 형태로 합성하고, 이들의 우수한 전기화학 촉매 성능을 확인했다. 연구팀은 2단계 제작 공정을 기반으로 하는 새로운 합성법을 개발했다. 먼저 전도성 탄소 천에 수직 방향의 텅스텐 산화물 나노와이어 어레이를 직접 합성한 후, 이를 Te 분위기에서 어닐링하여 WTe₂ 나노와이어 어레이를 형성했다.
이러한 구조는 촉매 반응에 필요한 활성 자리를 풍부하게 제공하고 전자 이동 경로를 단축시켜 우수한 촉매 성능을 나타낼 수 있게 한다. 합성된 WTe₂ 어레이는 우수한 Tafel 기울기(44 mV/dec)를 나타내 백금(Pt) 촉매의 대체재로서의 가능성을 보여줬다. 또한 높은 전류 밀도와 낮은 전류 밀도 조건 모두에서 장시간 작동 후에도 초기 성능을 유지하는 높은 내구성을 보여, 실제 응용 가능성을 입증했다.
유영동 아주대 교수는 “위상 준금속의 고유한 전기적 특성과 직접 합성된 나노와이어의 구조적 이점을 결합해, 수소 발생 반응 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있었다”라며 “합성된 나노와이어는 차세대 에너지 변환 및 저장을 위한 핵심 소재로 활용될 수 있으며, 합성 공정이 간단하고 확장성이 커서 산업적 활용 측면에서도 높은 잠재력을 지닌다”라고 설명했다.
이번 연구는 G-LAMP 사업, 자율운영중점연구소 사업, 정보통신방송연구개발사업, 신진연구지원사업의 지원을 통해 수행됐다.
유영동 교수팀의 연구 성과가 표지 논문(Inside Back Cover)으로 게재된 <어드밴스드 사이언스(Advanced Science)>
이미지 제공_WILEY VCH