[한국기술뉴스] 한국연구재단은 경북대학교 화학과 최상일, 영남대학교 화학과 윤영상, 강원대학교  화공·생물공학부 임형규 교수 공동 연구팀이 상전이가 일어나고 있는 루테늄 입자에 탄소를 주입하면 고성능 루테늄 탄화물 촉매를 합성할 수 있음을 알아냈다.

입방밀집구조의 루테늄은 에너지가 조금 높은 준안정한 상태로 고온에서 조밀한 육방밀집구조로 상전이되면서 안정화 된다고 알려져 있지만 이 과정에 대한 이해가 완전하지 못했다.

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.