박주현 박사과정, 띠따기리 자야라만 박사, 민아름 박사, 문철주 박사, 최명룡 교수. (사진=경상국립대 제공)

경상국립대학교 화학과 최명룡 교수 연구팀은 루테늄(Ru) 나노클러스터가 몇 겹의 흑린(BP) 위에 활성화되는 현상을 이용해 수소 발생 반응(HER)의 전기화학적 촉매 작용을 크게 향상시킬 수 있다는 사실을 밝혔다.

이번 연구 성과는 우수성을 인정받아 미국 화학회지(ACS)가 출간하는 '에이씨에스 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이시스(ACS Applied Materials and Interfaces)'(IF: 9.5) 최근호에 표지논문으로 게재됐다.

이 연구는 액체 내에 펄스 레이저 조사(PLIL)를 활용해 BP를 효율적으로 박리하고, 동시에 루테늄 염의 광환원을 촉진해 박리된 BP 표면에 루테늄 나노 클러스터를 도핑했다. 이러한 과정은 음향 부상장치와 결합된 라만을 통해 실시간으로 관찰됐다. 생성된 루테늄 나노클러스터는 BP 표면과의 전하 이동을 통해 루테늄의 d-밴드 중심의 전자를 조정하고 Ru-H 결합을 통한 수소 흡착을 촉진해 HER 반응 속도를 높인 것으로 확인됐다.

특히, RuO2||RuBP 전해조는 1.60V에서 10mA/cm2를 달성해 물 분해 성능에서 주목할 만한 결과를 보였다. 이러한 결과는 BP 표면에서의 금속 나노클러스터의 중요성을 강조하며, 고밀도 전기화학 촉매 개발을 위한 새로운 전략을 제시한다.

이 연구 결과는 그 혁신성과 잠재적인 응용 가능성 때문에 에너지와 환경 분야의 전문가들로부터 큰 관심을 받고 있다. 이 기술은 수소 생산 방법과 지속 가능한 에너지 자원 개발을 한 단계 더 나아가게 할 것으로 기대된다.

해당 연구 수행은 한국연구재단(NRF)과 교육부에서 주관하는 기초과학 연구역량 강화사업의 '광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터' 지원으로 수행됐다.