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Title [한국연구재단] (연구성과) 결정(crystal)의 변신, 탄화물 합성의 비결

결정(crystal)의 변신, 탄화물 합성의 비결
결정 재배열 통한 신물질 합성 전략 제시 ... 별도 세척과정 필요 없어

□ 수소 생산용 촉매로 쓰일 수 있는 루테늄 탄화물을 안정적으로 얻을 수 있는 실마리가 나왔다.
○ 마찰이나 부식에 강한데다 전기전도성이 좋아 하드디스크 코팅이나 만년필 펜촉 등에 쓰이는 루테늄. 최근 그 탄화물에 대한 관심도 이어지고 있지만 합성이 쉽지 않아 어려움이 있었다.
※ 루테늄 : 은백색을 띠는 백금족의 일종인 금속. 전기전도성이 좋고 내부식성과 내마모성이 좋아 전자, 촉매, 합금 분야 등에서 쓰인다.

□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 최상일(경북대학교 화학과), 윤영상(영남대학교 화학과), 임형규(강원대학교 화공·생물공학부) 교수 공동 연구팀이 상전이가 일어나고 있는 루테늄 입자에 탄소를 주입하면 고성능 루테늄 탄화물 촉매를 합성할 수 있음을 알아냈다.
○ 입방밀집구조의 루테늄은 에너지가 조금 높은 준안정한(meta-stable) 상태로 고온에서 조밀한 육방밀집구조로 상전이되면서 안정화 된다고 알려져 있지만 이 과정에 대한 이해가 완전하지 못했다.
※ 입방밀집구조 : 정육면체의 각 꼭지점과 각 면의 중심에 원자들이 배열
※ 육방밀집구조 : 육각기둥 형태의 각 꼭지점에 원자들이 배열
□ 준안정한 상태의 물질은 독특한 성질 때문에 의약학, 광학, 촉매 분야 등에서 쓰일 것으로 기대를 받지만 안정화되는 과정에 대한 연구는 많지 않았다. 

□ 공동 연구팀은 실시간 투과전자현미경과 X-선 회절분석으로 준안정한 루테늄 입자의 결정상 전이과정을 정밀하게 분석하고 이를 토대로 상전이 후 생성되는 새로운 루테늄 탄화물을 발견했다.
○ 고체 탄소 지지체 위에서 합성된 입방밀집구조의 루테늄 원자들이 재배열(원자 미끄러짐) 되면서 루테늄(금속) 격자사이로 탄소(비금속)가 삽입, 금속과 비금속간 새로운 결합을 유도하여 신규 화합물인 루테늄 탄화물이 생성되는 것을 직접 확인한 것이다. 

□ 나아가 이렇게 얻은 루테늄 탄화물이 백금 촉매 보다 수소생산반응 효율을 4배 이상 높일 수 있었다는 설명이다.
○ 특히 전이과정 후 나타나는 루테늄 탄화물은 추가적인 세척과정 없이 바로 촉매로 활용할 수 있다는 것이 장점이다. 

□ 최상일 교수는 “본 연구에서 제시한 합성전략이 루테늄 탄화물 같은 신물질 개발에 기여할 것”이라면서“이를 활용한 고효율 그린 수소생산 시스템 개발에도 도움이 될 것”이라고 밝혔다.
○ 연구팀은 향후 루테늄 탄화물을 대량으로 얻기 위한 합성조건 최적화 연구 등을 수행할 계획이다. 

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(신진중견연계, 기초연구실지원사업, 기본연구) 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 10월 5일 게재(온라인)되었다.
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국내 기술동향
Category Tech trends(Korea)
Source 한국연구재단
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