신소재공학과

폴리도파민 기반 멀티 나노구조를 활용해 수소 발생 반응용 촉매 개발 

공과대학 신소재공학과 김현유 교수팀과 성균관대 윤대호 교수팀이 니켈 나노입자 위에 폴리도파민(PDA; Polydopamine) 기반 질소 도핑된 탄소층을 쌓은 멀티 나노구조를 바탕으로 우수한 수소 발생 반응(Hydrogen evolution reaction, HER)용 촉매를 개발했다. 

이번 연구는 촉매, 환경, 에너지 부문 상위 저널인 'Applied Catalysis B: Environment & Energy' (IF: 20.1, Engineering, Environmental 분야 상위 0.6%)에 최근 발표됐으며, 신소재공학과 최혁 박사과정 연구원이 공동 제1저자로 김현유 교수가 공동교신저자로 참여했다.

※ 논문 제목: Kinetic-oriented design of pyrrolic-N induced Ni and C dual sites for exceptional H2O dissociation and alkaline HER

김현유 교수팀은 이번 공동연구에서 전자밀도함수이론(Density functional theory, DFT) 계산을 활용해 질소가 도핑된 탄소층이 니켈 나노입자에 전자를 제공함으로써 물 해리 과정과 수소 발생 과정의 동역학이 향상되는 메커니즘을 규명했다. 

이번 연구는 니켈-탄소층으로 구성된 나노 촉매의 반응 활성점과 반응 메커니즘을 명확히 규명함으로써 원하는 특성을 가지는 HER용 촉매를 원자 단위로부터 상향식으로 디자인할 수 있는 방법론을 제시했다는 점에서 가치가 높다. 

김현유 교수팀 (신소재공학과 전산재료과학연구실, www.cnucmsl.com)은 실험-이론의 조합연구 방법론을 활용해 나노촉매, 반도체소재, 반도체공정, 광학소재, 태양전지 등 광범위한 분야의 연구를 진행하고 있으며, 올해 'Advanced Functional Materials' 3편, 'Applied Catalysis B' 2편, 'Advanced Science, Nano Energy', 'ACS Catalysis, Nano Letters' 각 1편 등 총 12편의 논문을 발표했다.

□ 논문 링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337324006386