한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 김상욱 신소재공학과 교수팀이 정유성 생명화학공학과 교수팀과 2차원 반도체 '전이금속 칼코지나이드 물질'을 얇은 리본 형태로 오려낼 수 있는 신기술을 개발했다고 15일 밝혔다.
2차원 전이금속 칼코지나이드는 전이금속원소와 칼코겐 원소 화합물이다. 수직 방향으로 약한 층상구조여서 2차원 단층 형태 박리가 가능하다. 그동안 2차원 소재의 가장자리를 많이 노출하는 구현 방법이 요구돼 왔다. 2차원 소재를 길쭉한 1차원 리본 형태로 오려내게 되면 더 많은 가장자리를 노출할 수 있다는 장점이 있다.
연구팀은 간단한 초음파 처리를 통해 2차원 전이금속 칼코지나이드 물질을 일정한 방향으로 절개, 긴 나노 리본 형태로 오려내는 데 세계 최초로 성공했다. 연구팀이 개발한 이 신소재는 기존 백금 촉매를 대체해 수소 발생 반응 촉매로 활용이 가능하다.
현재까지는 그래핀과 같이 한가지 원소로만 이뤄진 2차원 소재의 경우 오려내는 여러 기술이 보고돼왔다. 그러나 2개 이상 원소로 이뤄진 2차원 전이금속 칼코지나이드 물질에 이를 적용하는 데 한계가 따랐다.
연구진은 2차원 소재 표면이 산소와 일정한 방향성을 가지고 화학 반응한다는 점을 발견하고 간단한 초음파 자극을 통해 1차원 리본 형태로 오려냈다. 이어 이 기술을 활용해 기존 고가의 백금 촉매에 견줄 만한 높은 성능을 지닌 수소 발생 반응 촉매를 구현했다.
연구팀은 이를 계기로 다양한 다원소 저차원 나노 신물질을 제조할 것으로 기대된다고 밝혔다.
김상욱 교수는 “2차원 전이금속 칼코지나이드 소재는 뛰어난 물성에도 불구하고 나노구조를 정교하게 조절하는 방법이 부족했다”며 “이번 연구를 계기로 가격이 비싼 백금 기반 촉매를 대체하는 새로운 수소 발생 촉매 개발도 가능할 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
