[파이낸셜뉴스] 전기전도도가 우수한 그래핀으로 만들어진 새로운 '메조(meso)다공성' 탄소가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 연구진은 그래핀 메조다공성 탄소가 차세대 에너지 생산 및 저장 장치의 상용화를 앞당기는 데 크게 기여할 것이라고 설명했다. 울산과학기술원(UNIST)은 화학과 주상훈 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 김진영 박사팀과의 공동연구를 통해 그래핀 튜브(탄소 나노튜브)가 규칙적 연결된 '그래핀 골격 메조다공성 탄소(OMGC)'를 합성하는 데 성공했다고 17일 밝혔다. 주상훈 교수는 "새롭게 개발한 소재는 메조다공성 탄소, 그래핀, 탄소 나노튜브의 장점을 결합한 물질"이라며 "에너지 변환장치용 촉매 또는 촉매 지지체, 에너지 저장장치, 이산화탄소 흡착제, 오염물질 흡착제 등에 다양하게 응용될 것"이라고 전망했다. 메조다공성 탄소는 기공 크기가 일정하고 균일하게 배열된 탄소 나노물질로 반응 표면적이 넓어 촉매로서 유리하지만 전기전도도가 낮다. 연구진은 전기전도도를 높이기 위해 '메조다공성 실리카'와 '몰리브데늄 카바이드'를 틀로 사용하는 '이중 주형법'을 고안했다. 제1저자인 백두산 화학공학과 박사과정 연구원은 "'몰리브데늄 카바이드'를 메조다공성 구조로 만들게 되면 겉에 그래핀 층이 여러 겹 생기고 이 상태에서 '몰리브데늄 카바이드'만 제거하면 그래핀 튜브로 이뤄진 메조다공성 탄소를 얻을 수 있다"고 설명했다. 이 물질과 루테늄을 함께 쓴 촉매는 상용 촉매(루테늄, 백금)보다 높은 성능을 보였다. 실제 상용화된 수소생산 장치에서도 우수한 성능을 보였다. 이 실험을 진행한 KIST 김진영 박사는 "차세대 수소생산 장치로 각광받고 있는 알칼리 고체막 물분해 장치의 성능 향상에 큰 전기를 마련한 연구"라고 전했다. 또한 이 소재는 에너지 저장장치로도 쓰일 가능성이 충분하다고 연구진은 설명했다. 에너지 저장장치 중 하나인 리튬이온 커패시터에서 그래핀 메조다공성 탄소는 기존 메조다공성 탄소 대비 우수한 에너지 저장 성능을 보였다. 이번 연구결과는 화학 분야 권위지인 '앙게반테 케미'에 12일자로 온라인 출판됐다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

국내 연구진이 값 비싼 백금을 대체할 저렴한 복합재료 촉매를 이용해 수소를 생산할 수 있는 기술을 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST) 탄소융합소재연구센터 이성호 센터장과 건국대학교 미래에너지공학과 조한익 교수 공동연구팀은 '황화 몰리브데늄(MoS3)'과 탄소나노튜브를 이용해 수소를 고효율로 생산하는 촉매를 제조하는데 성공했다고 27일 밝혔다. KIST 연구진은 황화 몰리브데늄에 간단한 화학적 처리해 특별한 결합구조를 다수 생성한 후, 탄소나노튜브 표면에 도포해 복합재료 촉매를 제조했다. 그 결과, 수소를 생산하는 데 영향을 미치는 '강하게 결합된 황(가교화된 황, Bridging S)'의 수가 많아져 기존 대비 약 30% 향상된 성능을 보였다. 최근 수소연료전지 자동차, 수소를 이용한 에너지저장 방식 등 전 세계적으로 수소 경제사회 활성화를 위한 노력이 세계 각국에서 이뤄지고 있다. 성공적인 수소 경제사회를 위해서는 에너지저장에 필요한 수소를 효율적으로 만들어 내야만 한다. 수소생산을 위해서는 주로 물을 전기분해해 사용하는데, 이때 백금 등의 귀금속을 촉매로 사용하고 있다. 값 비싸고 구하기 어려운 귀금속을 이용해 수소를 생산하는 것은 경제적 부담이 매우 커서 백금 대신에 경제적으로 사용할 수 있는 촉매를 개발할 필요가 있다. KIST 연구진은 비정질 황화 몰리브데늄(MoS3)에 중점을 두고 촉매 개발 연구를 진행했다. 이 물질은 황과 몰리브데늄이 결합되어 있는 무기화합물로서 수소를 흡착하는 능력이 우수하다. 이 성질을 갖는 황화 몰리브데늄을 촉매로 사용하면 물을 전기분해해 친환경적이고 고효율로 수소를 생산할 수 있다. 또한, 기존의 촉매는 값비싼 백금 등의 귀금속으로 만들어지는 데 비해 원가가 매우 저렴해 차세대 수소생산 촉매로 주목받고 있다. KIST 탄소융합소재연구센터 이성호 센터장은 "기존의 황화 몰리브데늄 촉매의 성능을 획기적으로 개선한 성공사례"라며, "이를 이용한 저비용·고효율, 친환경 수소생산 성능 구현은 수소 자동차와 수소 충전소의 대중화를 앞당기는 중요한 초석이 될 것으로 생각한다."라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업, 기후변화대응과제로 수행됐으며, 연구 결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 'Applied Catalysis B: Environmental' 최신호에 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

국내 연구진이 기존 배터리 용량의 5배에 달하는 차세대 이차전지 개발을 이끌 새로운 리튬 저장 반응기구를 발견했다. 22일 성균관대 김지만(화학과)·윤원섭 교수(에너지과학과), 한양대 김한수 교수(에너지공학과), 삼성전자종합기술원 소재연구센터 손정국 박사 공동연구팀은 나노 구조화된 금속 산화물의 비이상적 리튬 저장거동을 관찰해 리튬이차전지 음극활물질의 새로운 리튬 저장 반응 기구에 대한 논문을 발표했다. 연구팀은 규칙적인 나노 구조를 갖는 몰리브데늄 산화물이 이론적인 리튬 저장양의 2배 이상을 가역적으로 저장할 수 있고, 나노 물질이 가지는 새로운 리튬 저장 공간이 존재할 수 있음을 세계 최초로 보고했다. 연구팀은 이번 연구를 통해 고효율 및 고용량 전극 소재 개발 가능성과 나노 구조화된 전극 활물질이 리튬을 금속성 클러스터 형태로 저장 할 수 있는 새로운저장 반응 기구를 명확히 규명했다. 따라서 이러한 신규 에너지 저장 거동을 이용하면 기존 음극 용량 대비 5배 이상을 상회할 수 있는 혁신적인 배터리 디자인이 가능할 것으로 예측했다. 논문의 제 1저자인 삼성전자종합기술원 손정국 박사는 "나노 사이언스에 기반한 새로운 리튬 이온 저장 모델을 세계 최초로 제시함으로써 이론 용량 이상의 고용량 에너지 저장 구현이 가능한 신규 전극 소재 개발 가능성을 열었다는데 의미가 있다"고 설명했다. 이번 연구는 융합과학 분야의 권위 있는 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈'에 3월 22일자로 게재됐다. cynical73@fnnews.com 김병덕 기자

성균관대 에너지과학과 양희준 교수 연구팀이 온도 변화만으로 반도체와 도체를 자유롭게 넘나들 수 있는 소재 (2차원 층상구조 다이텔레륨 몰리브데늄(MoTe2)1))를 세계 최초로 개발했다. 이 물질은 15℃ 정도의 상온에서는 반도체 상태였다가 500℃이상의 열을 가한 후 다시 상온으로 온도를 낮추면 도체 상태로 바뀌는 성질을 가지며 두께가 성인 머리카락 굵기의 10만분의 1 수준인 0.8nm로 매우 얇고 투명하다.6일 성균관대에 따르면 이번에 개발된 신물질을 활용하면 단일물질만으로도 반도체 소자를 만들 수 있게 돼 제작 공정이 크게 단축될 뿐만 아니라 비용과 시간도 크게 절감할 수 있다. 또 전기적, 광학적 성질이 뛰어나 투명 디스플레이나 몸에 착용할 수 있는 차세대 전자기기 소재 등 다양한 분야에서 응용이 가능하다. 이번 연구를 주도한 성균관대 에너지과학과 양희준 교수(IBS 나노구조물리연구단 연구위원)는 “2차원 단일 소재에서 반도체, 금속 물성 제어를 최초로 구현한 성과”라며 “5년 안에 반도체 산업 전반에 응용 가능한 소자를 개발하는 것이 궁극적인 목표”라고 말했다. 이번 연구는 성균관대와 미래창조과학부 산하 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단, KAIST가 공동으로 수행했다.cynical73@fnnews.com 김병덕 기자

성균관대는 25일 성균나노과학기술원 유원종 교수 연구팀이 '초박막 소재(MoS2)를 기반으로 한 두께 3나노미터급(1나노미터: 10억분의 1미터) 반도체'를 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 이번에 개발된 초박막 반도체는 유비쿼터스, 모바일, 플렉시블, 웨어러블 환경 구현을 위한 반도체 소자의 초소형화 및 초절전형이 가능한 원천기술로 미래 신산업을 창출할 수 있는 핵심기술을 선점했다는데 의미가 있다. 현재 해당 기술은 국내외 특허 출원 중이다. 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프런티어사업의 하이브리드인터페이스 기 반미래소재연구단의 일환으로 성균관대학교 유원종 교수가 수행했다. 연구결과는 권위 있는 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(nature communcations) 온라인으로 24일에 게재됐다. 연구팀은 기존 3차원(3D) 구조의 규소로 만들어지는 반도체 소자와 달리 2차원(2D) 구조를 갖는 소재인 황화몰리브데늄(MoS2)을 반도체 소재로 활용해 수직형 p-n 접합소자를 제작하는데 성공했다. 이번 연구는 MoS2 신물질이 차세대반도체로 사용될 수 있는 가능성을 세계 최초로 확인했으며 또 반도체 소자 두께와 에너지 소모를 4배 이상 줄이는 데도 성공했다. 이로 인해 현재 규소기반 반도체 소자의 중요한 걸림돌인 과다전력소모 문제를 극복할 수 있으며 규소기반 반도체를 대체해 초고효율 광소자 개발에도 중요하게 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 유원종 교수는 "p-n 접합소자는 많은 반도체 전자회로의 기본 소자로 쓰이므로 이러한 기본 소자를 이루는 물질이 2D 소재로 대체될 경우 미래의 초고속 반도체, 고효율 광전소자, 신개념 투명 유연소자 개발 및 응용 연구를 가속화할 것"이라고 밝혔다. cynical73@fnnews.com 김병덕 기자

포스코가 캐나다에서 제철용 석탄 개발에 나선다. 14일 포스코는 포스코 캐나다 법인(POSCAN)이 현지 석탄 광산업체인 포춘 미네랄과 클라판 광산 개발을 위한 합작사(JV)를 설립한다고 밝혔다. 포스코는 광산 개발 프로젝트 지분 20%를 인수한다. 지분 인수금액 100만캐나다달러를 포함, 총 1억8100만캐나다달러(약 1955억원)를 이번 광산개발 프로젝트에 투자한다. 포춘 미네랄 측은 "포스코가 우선 3000만달러를 지불하고 이 중 2000만달러는 광산개발을 위한 투자금으로 활용할 것"이라고 밝혔다. 캐나다 브리티시 컬럼비아주 북동쪽에 있는 클라판 광산은 제철용 석탄을 생산하는 1만5866㏊ 넓이의 광산이다. 채광가능 매장량은 1억200만t, 추정 매장량은 22억t에 달한다. 오는 2014년부터 연간 300만t 규모로 생산을 시작할 예정이다. 포스코는 생산량의 20%인 60만t을 매년 확보하게 된다. 김용근 포스코 캐나다 법인장은 "이번 계약 체결로 미국의 호프 몰리브데늄 광산 프로젝트 및 캐나다 엘크벨리 석탄광산 투자와 더불어 북아메리카에서 포스코의 자원개발 사업을 확대하는 계기가 됐다"고 말했다. /skjung@fnnews.com정상균기자

포스코가 캐나다에서 제철용 석탄 개발에 나선다. 14일 포스코는 포스코 캐나다 법인(POSCAN)이 현지 석탄 광산업체인 포춘 미네랄과 클라판 광산 개발을 위한 합작사(JV)를 설립한다고 밝혔다. 포스코는 광산 개발 프로젝트 지분 20%를 인수한다. 지분 인수금액 100만 캐나다 달러를 포함, 총 1억8100만 캐나다 달러(한화 약 1955억원)를 이번 광산개발 프로젝트에 투자한다. 포춘 미네랄 측은 “포스코가 우선 3000만 달러를 지불하고 이 중 2000만 달러는 광산개발을 위한 투자금으로 활용할 것”이라고 밝혔다. 캐나다 브리티시 컬럼비아주 북동쪽에 있는 클라판 광산은 제철용 석탄을 생산하는 1만5866㏊ 넓이의 광산이다. 채광가능 매장량은 1억200만t, 추정 매장량은 22억t에 달한다. 오는 2014년부터 연간 300만t 규모로 생산을 시작할 예정이다. 포스코는 생산량의 20%인 60만t을 매년 확보하게 된다. 김용근 포스코 캐나다 법인장은 “이번 계약 체결로 미국의 호프 몰리브데늄 광산 프로젝트 및 캐나다 엘크벨리 석탄광산 투자와 더불어 북아메리카에서 포스코의 자원개발 사업을 확대하는 계기가 됐다”고 말했다. /skjung@fnnews.com 정상균기자