[로이슈 전여송 기자] 한국연구재단은 서강대학교 김현정 교수 연구팀과 한국과학기술연구원(KIST) 지호일·권덕황 박사 연구팀이 공동으로 결정 내부 결함인 '전위(dislocation)'가 루테늄 금속 원자를 표면으로 운반하는 메커니즘을 규명했다고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 리더연구 지원사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 5월 25일 게재됐다.

수소와 암모니아 생산에 사용되는 귀금속 촉매는 가격이 높고 내구성이 낮은 한계가 있다. 이를 개선하기 위해 금속 원자가 산화물 결정 내부에서 표면으로 이동해 촉매 입자를 형성하는 '엑솔루션(Exsolution)' 기술이 활용되고 있지만, 금속 원자가 표면까지 이동하는 과정은 명확히 밝혀지지 않았다.

연구팀은 루테늄이 첨가된 페로브스카이트 산화물을 대상으로 결맞은 X선 회절 영상 기법과 투과전자현미경(TEM)을 활용해 결정 내부 변화를 관찰했다.

분석 결과 금속이 표면으로 이동하기 전 결정 내부에서 선형 결함인 전위가 생성돼 표면 방향으로 성장했으며, 혼합형 전위 끝부분에서 표면 촉매 입자의 약 75%가 형성되는 것으로 나타났다. 연구팀은 혼합형 전위가 성장하는 과정에서 루테늄 원자를 함께 운반하는 역할을 한다는 점을 확인했다.

연구팀은 이번 결과가 금속 원자가 결정 내부를 장거리 확산하는 대신 전위를 따라 이동할 수 있음을 보여주며, 촉매 입자의 크기와 분포를 제어하는 기술 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대했다.

서강대학교 김현정 교수는 "어떤 결함을 만드느냐에 따라 촉매 입자의 크기와 분포를 정밀하게 설계할 수 있음을 확인했다"며 "암모니아 기반 수소 에너지 밸류체인과 고내구성 촉매 개발에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr