2차원 신소재, 합성과 도핑을 동시에

물질 합성과 공극결함 '도핑' 동시에
액상원료 이용해 2차원 소재 대면적 합성

이정현 연구원(왼쪽)과 박혜성 교수(오른쪽)

[아시아경제 황준호 기자] 물질의 합성과 공극결함(원자 구멍) 도핑을 동시에 진행할 수 있는 기술이 개발됐다. 액상 원료를 조절해 2차원 소재에 균일하게 공극결함을 분포시킬 수 있는 기술이다.

울산과학기술원의 박혜성, 김진영, 곽상규 교수의 연구팀은 이황화몰리브덴 구조 내부에 공극결함(황 원자의 빈자리)을 균일하게 도핑하는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다. 이번 연구 성과는 국제 학술지인 ACS 나노에 실렸다.

연구팀은 몰레브덴과 황 원소가 각각 포함된 두 종류의 액상 전구체 비율을 조절해, 합성된 이황화몰리브덴의 공극결함을 균일하게 조절했다. 예를 들어, 황 원소가 포함된 액상 전구체 비율이 낮으면 이황화몰리브덴 합성 과정에서 내부의 황 성분이 부족해져 저절로 황 원자 자리는 비는 공극결함이 생기는 원리를 활용했다.

이처럼 만들어진 이황화몰리브덴은 공극결함이 균일해 활용도가 높았다. 연구팀은 새로 개발된 합성법을 이용해 만들어진 이황화몰리브덴을 물에서 수소를 얻는 화학 반응 촉매로 활용했는데, 공극 결함이 전하 이동 등을 촉진해 수소 생산 성능이 우수하게 나타났다고 했다. 특히 이 방식은 물질 합성 과정과 도핑 과정을 동시에 진행할 수 있어 공정단계 단축에 따른 비용절감이 가능한다고 설명했다.

제1저자인 이정현 신소재공학과 박사과정 연구원은 "이번에 개발된 합성법은 이황화몰리브덴 외에도 다양한 전이금속 화합물의 물성 조절에 쓰일 수 있다"고 설명했다.

박혜성 교수는 "이번 연구를 통해 개발된 전이금속 화합물 합성법은 대면적 합성과 물성 제어가 동시에 가능해 전기화학촉매 개발 분야뿐만 아니라 트랜지스터, CMOS(씨모스)와 같은 다양한 반도체 소자 재료 개발에도 적용 가능할 것"이라고 기대했다.

수소 생산 촉매로써 공극이 도핑된 전이금속 화합물의 성능 확인

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr