• KAIST, 2차원 신소재를 1차원 리본으로 오리는 '나노 가위 기술' 개발
    KAIST, 2차원 신소재를 1차원 리본으로 오리는 '나노 가위 기술' 개발
    간단한 초음파 처리를 통해 절개, 기존 백금 촉매 대체 기대
    • 권성하 기자
    • 승인 2020.10.15 16:45
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    KAIST 김상욱 교수, 정유성 교수연구팀과 수치스라 연구교수(사진 왼쪽부터)가 2차원 신소재를 1차원 리본형태로 오려내는 나노 가위 신기술을 개발했다.(굿모닝충청 권성하 기자)
    KAIST 김상욱 교수, 정유성 교수연구팀과 수치스라 연구교수(사진 왼쪽부터)가 2차원 신소재를 1차원 리본형태로 오려내는 나노 가위 신기술을 개발했다.(굿모닝충청 권성하 기자)

    [굿모닝충청 권성하 기자] KAIST 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 2차원 반도체를 1차원 리본형태로 오려내는 '나노 가위' 기술을 개발했다.

    생명화학공학과 정유성 교수 연구팀과 공동연구로 개발한 신기술은 2차원 반도체인 '전이금속 칼코지나이드' 물질을 얇은 리본 형태로 오려내는 기술이다.

    2차원 전이금속 칼코지나이드는 전이금속원소와 칼코겐 원소의 화합물이다.

    연구팀은 층상구조인 칼코지나이드의 성질을 이용해  층간 분리를 통한 2차원 단층 형태로 박리를 진행했고, 간단한 초음파 처리를 통해 2차원 전이금속 칼코지나이드 물질을 일정한 방향으로 절개해 세계 최초로 '긴 나노 리본 형태'로 오려내는 데 성공했다.

    2차원 신소재를 1차원 리본으로 오려내는 나노 가위 기술 모식도
    2차원 신소재를 1차원 리본으로 오려내는 나노 가위 기술 모식도

    김상욱 교수와 정유성 교수 공동 연구팀이 개발한 이 신소재는 기존 백금 촉매를 대체해 수소 발생 반응 촉매로 활용이 가능할 전망이다.

    KAIST 신소재공학과의 인도 출신인 수치스라 파드마잔 사시카라(Suchithra Padmajan Sasikala) 연구교수가 제1 저자로 참여한 이번 연구성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 10월 6일자 온라인 판에 게재됐다. 논문명은 'Longitudinal unzipping of 2D transition metal dichalcogenides'다.

    KAIST는 이번 신기술이 우수한 촉매 성능을 가진 2차원 전이금속 칼코지나이드 소재를 활용해 에너지·환경 분야에 적용될 것으로 기대했다.

    보다 높은 촉매 성능을 달성하기 위해 2차원 소재의 가장자리를 많이 노출하는 방법이 요구됐는데 종이를 오려내듯 2차원 소재를 길쭉한 1차원 리본 형태로 오려냄으로써 더 많은 가장자리를 노출할 수 있다는 설명이다.

    절개 공정의 간략한 모식도와 각각의 절개 과정에 대한 전자현미경 이미지
    절개 공정의 간략한 모식도와 각각의 절개 과정에 대한 전자현미경 이미지

    연구팀 관계자는 "기존 고가의 백금 촉매에 견줄 만한 높은 성능을 지닌 수소 발생 반응 촉매를 구현했다"며 "기존에 보고된 적이 없는 다원소로 구성된 2차원 전이금속 칼코지나이드 소재를 오려내는 새로운 기술 개발을 계기로 다양한 다원소 저차원 나노 신물질을 제조할 것으로 기대된다"고 말했다.

    교신저자로 이번 연구를 주도한 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 촉매의 개발도 가능할 것"이라고 말했다.

    한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 리더연구자지원사업인 다차원 나노조립제어 창의연구단과 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.


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