액체 알칼리 금속을 이용해 차세대 수소 발생 촉매로 각광받는 ‘전이금속 칼코겐 화합물(TMD)’의 성능을 개선하는 기술이 개발됐다. 촉매 구조에 액체 금속을 스며들게 하는 새 합성법은 쉽고 빠르게 촉매의 약점으로 지적돼온 전기전도도를 높일 수 있다.
UNIST(총장 이용훈) 에너지 및 화학공학부의 박혜성·김건태·곽상규 교수 공동연구팀은 ‘알칼리 용융 금속(쇳물과 같은 액체 금속) 층간 삽입법’을 이용해 전이금속 칼코겐화합물을 금속상(1T phase)으로 바꾸는 합성법을 개발하였다. 수소 발생 촉매로 주목 받는 ‘전이금속 칼코겐 화합물’은 전기전도도가 좋을수록 그 성능이 좋아지는데, 간단한 합성법을 이용해 단시간에 반도체상을 전기전도성이 우수한 금속상으로 바꾸는 기술이다.
전이금속 칼코겐화합물(이하 칼코겐 화합물)은 텅스텐(W)이나 몰리브덴(Mo) 같은 금속 원소와 황(S)과 같은 칼코겐 원소가 결합한 물질이다. 가격이 저렴하고 내구성이 좋아 백금(Pt)을 대신 할 ‘물 전기 분해 반응’(물로 수소를 생산하는 반응) 촉매로 연구되고 있다. 하지만 상온에서는 촉매의 성능을 가늠하는 척도의 하나인 전기전도도가 떨어진다. 이 물질은 하나의 물질 안에 반도체 성질을 갖는 부분과 금속 성질을 갖는 부분이 공존하는데 상온에서 주로 전기전도도가 떨어지는 반도체상으로 존재하기 때문이다. 금속상을 갖도록 합성하는 방법이 있지만 시간이 오래 걸리고, 합성된 물질이 다시 반도체상 물질로 돌아가는 한계가 있다.
그림1. 액체 알칼리 금속을 이용해 반도체상(phase) 전이금속 화합물을 금속상으로 바꿈.
