경상국립대 화학과 최명룡 교수와 '스몰(SMALL)' 표지. (사진=경상국립대 제공)

경상국립대학교 자연과학대학 화학과 최명룡 교수팀은 용매 내에서 펄스 레이저 어블레이션(PLAL) 방법을 이용해 2D 플레이트 구조와 구 형태의 다양한 금속 코발트(Co) 물질을 합성하고 이를 물 분해 반응에 효율적으로 안정한 촉매로 제조하는 데 성공했다.

이번 연구성과는 재료 분야 저명 국제학술지인 '스몰(SMALL)'(IF: 15.153) 최신호인 11월 24일자 표지논문으로 선정됐다.

물 분해 반응은 수소 에너지를 생산하는 대표적인 방법의 하나로, 수소 발생 반응과 산소 발생 반응으로 구성돼 있다. 그중 산소 발생 반응은 복잡한 메커니즘으로 많은 에너지와 전자를 필요로 하는 문제점이 있어 이를 해결하기 위한 고효율 촉매를 만드는 것이 핵심이다.

최명룡 교수팀의 연구는 기존 문제점을 해결하기 위한 방법으로 PLAL을 통해 2D 플레이트 구조를 가지는 Co3(PO4)2를 합성했고, 이는 산소 발생 반응에서 높은 활성과 안정성을 가지고 전압에서도 효율적인 형태를 유지하는 것으로 확인했다.

또한 실시간 라만 분광장비를 이용해 산소 발생 반응의 메커니즘을 확인했고, 그 결과로 전해질과 전극 촉매 표면에 생긴 얇은 평면의 CoO(OH)가 산소 발생 반응의 중간체 역할을 하는 것을 관찰했다.

이번 연구성과로 강한 알칼리 전해질에서 높은 전기화학적 효율과 안정성을 보여주는 PLAL 합성 물질이 에너지 전환 연구 촉매로서 매우 경쟁적인 전기 촉매의 모습을 보여줄 것으로 기대된다.

이 연구는 한국연구재단(NRF)과 교육부에서 주관하는 기초과학 연구역량 강화사업의 ‘광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터’ 지원으로 수행됐다.