GIST, 차세대 나노구조체 합성 성공 '에너지·촉매 기술 혁신'

알칼리 전해질에서도 뛰어난 안정성과 향상된 라만 신호 강도인 차세대 나노구조체 'Au@h-BN'. GIST 제공

[파이낸셜뉴스] 광주과학기술원(GIST)은 화학과 임현섭 교수 연구팀이 새로운 나노구조체인 ‘Au@h-BN’을 합성하는 데 성공했다고 10일 밝혔다.

이 구조체는 두께 1nm(나노미터·10억 분의 1미터)의 균일한 육방정계 질화붕소(h-BN) 층을 쉘(외부 보호층)로 적용한 것으로, 강한 알칼리 환경에서도 안정적으로 작동하는 실시간 라만 분광법을 구현할 수 있는 것이 특징이다. h-질화붕소(hexagonal boron nitride, hh-BN는 높은 화학적 안정성과 전기 절연성을 갖추어 다양한 전자 및 촉매 응용에 사용된다. 이번 연구 성과는 전기화학 촉매와 에너지 변환 기술 분야의 발전에 새로운 돌파구를 제시하는 계기가 될 것이라는 기대다.

이번 새로운 나노구조체는 강한 라만 신호를 생성할 뿐만 아니라, 장기간 사용 시에도 높은 안정성을 유지하는 것으로 확인됐다. 또 기존의 실리카 쉘을 적용한 구조체에 비해 라만 신호의 강도와 지속성이 현저히 우수했다. 이를 통해 전기화학 촉매 및 에너지 변환 분야에서 보다 정밀한 연구와 분석이 가능할 것으로 기대된다.

연구팀은 화학적으로 매우 안정적이며 전기 절연 특성을 지닌 2차원 소재 h-질화붕소를 새로운 쉘 재료로 활용해, 전기화학 반응 연구에서 라만 분광 기술의 적용 범위를 넓히는 데 성공했다. h-질화붕소 쉘은 120시간 이상의 강한 알칼리 환경에서도 구조적 변형 없이 안정성을 유지하는 것으로 확인됐다. 이를 통해 장시간에 걸친 실시간 라만 분석이 요구되는 전기화학 반응 연구에 매우 효과적으로 활용될 수 있음이 입증됐다는 설명이다.

연구팀은 이 기술을 바탕으로, 산소 발생 반응(OER)과 이산화탄소 환원 반응(CO2RR) 등 주요 전기화학 반응을 보다 정밀하게 분석할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이번 연구는 한국연구재단(NRF)과 한국전력공사(KEPCO)의 연구개발 프로그램 지원을 받아 수행됐으며, 재료과학 분야의 권위 있는 국제학술지 'Advanced Functional Materials'에 4월 8일 온라인 게재됐다.

jiany@fnnews.com 연지안 기자