맥신에 니켈 더한 '야누스 양자점' 합성…에너지·촉매 기술 '혁신'

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 꿈의 신소재로 불리는 2차원 나노소재 맥신(MXene)의 한쪽 면에 니켈(Ni) 금속을 결합한 ‘니켈-맥신 야누스 양자점’을 국내 연구진이 개발했다.

한국연구재단은 전북대 유승화·진경환 교수와 성균관대 박성준 교수 공동연구팀이 니켈-맥신 야누스 양자점을 합성하고 이를 적용한 차세대 슈퍼커패시터와 유기물 변환 촉매 기술을 개발했다고 밝혔다.

슈퍼커패시터는 리튬이온 배터리보다 용량은 적지만 짧은 시간 동안 많은 양의 에너지를 저장하고 방출할 수 있고 수명이 길어 차세대 에너지 저장장치로 꼽힌다.

맥신은 2차원 나노소재로 전기전도도가 높고 다양한 금속화합물과 조합할 수 있어 에너지 저장 분야에서 이를 활용한 전극과 촉매 개발 연구가 활발하다. 이런 2차원 소재의 특성을 활용해 양쪽 면에 서로 다른 원자층을 배열하는 전략은 양면성을 갖게 해 멀티플레이어 소재로 진화시킬 수 있다.

하지만 이런 야누스 구조 입자는 기존 맥신 연구에서 상대적으로 관심을 덜 받아왔다.

공동 연구팀은 맥신과 니켈을 결합한 입자를 합성하고 이를 차세대 슈퍼커패시터와 촉매에 적용해 전기 저장 능력과 전력 생성 능력을 크게 높였다.

또 유기물을 변환하는 촉매로 사용했을 때 촉매 활성이 높아지면서 뛰어난 수율·변환율·선택도를 보였다.

유 교수는 "이번에 개발한 니켈-맥신 야누스 양자점은 차세대 에너지 저장과 촉매 소재 기술을 발전시키는 데 중요한 영향을 미칠 것으로 기대된다"며 "이를 바탕으로 수전해 촉매 등 응용 분야로 확대 적용하려는 후속 연구가 진행 중"이라고 말했다.

이번 연구의 성과는 공학·재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr