[충청뉴스 이성현 기자] 꿈의 신소재로 불리는 2차원 나노소재 맥신의 한쪽 면에 니켈 금속을 결합한 ‘니켈-맥신 야누스 양자점’을 국내 연구진이 개발했다.
한국연구재단은 전북대 유승화·진경환 교수와 성균관대 박성준 교수 공동연구팀이 니켈(Ni)-맥신(MXene) 야누스(Janus) 양자점을 합성하고 이를 적용한 차세대 슈퍼커패시터와 유기물 변환 촉매 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
맥신은 2차원 나노소재로 전기전도도가 높고 다양한 금속화합물과 조합할 수 있어 에너지 저장 분야에서 이를 활용한 전극과 촉매 개발 연구가 활발하다.
이런 2차원 소재의 특성을 활용해 양쪽 면에 서로 다른 원자층을 배열하는 전략은, 마치 로마신화의 두 얼굴을 가진 야누스와 같이 맥신에 양면성을 갖게 해 멀티플레이어 소재로 진화시킬 수 있다.
하지만 이런 ‘야누스 구조’ 입자는 기존 맥신 연구에서 상대적으로 관심을 덜 받아왔다.
연구팀은 맥신과 니켈을 결합한 입자를 합성하고, 이를 차세대 슈퍼커패시터와 촉매에 적용해 전기 저장 능력과 전력 생성 능력을 크게 높였다.
니켈-맥신 합성은 제조한 맥신에 암모니아를 사용해 입자 크기를 줄이는 동시에, 니켈 전구체와 환원제를 함께 투입하고 수열합성 방식으로 ‘니켈-맥신 야누스 양자점’을 완성했다.
고도 분석을 통해 한 면은 니켈 결정, 다른 면은 맥신 결정이 서로 결합된 비대칭적인 야누스 구조임을 규명했다.
이렇게 개발한 니켈-맥신 야누스 양자점으로 비대칭 하이브리드 슈퍼커패시터 전극을 구성해 기존 연구 대비 높은 비용량과 출력밀도를 확인했다.
또 유기물을 변환하는 촉매로 사용했을 때 촉매 활성이 향상되면서 높은 수율·변환율·선택도를 보였다.
유승화 교수는 “이번에 개발한 니켈-맥신 야누스 양자점은 차세대 에너지 저장과 촉매 소재 기술을 발전시키는 데 중요한 영향을 미칠 것으로 기대된다”며 “이를 바탕으로 수전해 촉매 등 응용 분야로 확대 적용하려는 후속 연구가 진행 중”이라고 설명했다.
