나노결정을 가진 팔면체 이황화몰리브데넘의 저온 플라즈마 합성기술 개발

[에너지경제신문 송기우 에디터] 성균관대학교(총장 신동렬)는 기계공학부 김태성 교수(사진)가 신소재공학부 황동목 교수, 김만수 박사(공동 1저자), 아주대학교 이재현 교수(공동교신저자), 한국기계연구원 김형우 박사와 함께 4인치 웨이퍼 크기의 금속성을 가지는 이황화몰리브데넘(1T-MoS2) 박막 성장 및 효율적인 수소 발생 반응 기술을 개발했다고 밝혔다.

전이금속 칼코겐 화합물(Transition Metal Dichalcogenides)은 전이금속과 16족 칼코겐 원소 중 산소를 제외한 황(S), 셀레늄(Se), 텔레늄(Te)의 화합물로 그래핀과 비슷하지만 밴드갭과 복수의 구조상에 따라 도체, 반도체, 절연체로 존재할 수 있어 그래핀을 대체할 차세대 나노소재로 기대되고 있다.

연구진은 2020년 플라즈마화학기상증착법(PECVD)을 이용하여 이황화텅스텐(WS2)을 팔면체 구조로 성공적으로 합성한 경험과 노하우를 바탕으로 이황화몰리브데넘 또한 대면적 팔면체 구조 합성에 성공했다. 김태성 교수는 "전이금속 칼코겐 화합물의 대표 물질 두 가지(MoS2, WS2)의 팔면체 구조 합성법을 모두 확보한 것은 주목할 만한 일"이라며, "저온 플라즈마 합성방법 또한 여러 분야에 적용가능하고 높은 재현성과 균일도를 가지고 있어 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이 연구는 Green & Sustainable Science & Technology 분야 국제학술지 ‘켐서스켐(ChemSusChem)‘(IF:7.96, JCR 상위 10% 이내)에 1.8(금) 온라인 게재되었다. 연구는 한국연구재단에서 지원하는 중견연구(NRF-2017R1A2B3011222), 기본연구(NRF-2018R1D1A1B07040292), 기초연구실사업(NRF-2020R1A4A4079397)의 지원으로 수행되었으며, 향후 다양한 종류의 이차원 물질의 형상별 대면적 상용화에 기여할 것으로 기대된다.

▲ 나노 결정립의 팔면체 이황화몰리브데넘(MoS2)은 도체(1T 형상)의 특성이 있어 전이금속 특유의 높은 촉매 반응성과 함께 낮은 저항으로 값비싼 백금류 수전해용 촉매를 대체할 가능성을 보여주었다. 특히 4인치 웨이퍼 크기의 대면적으로 균일하게 합성하는 방법은 세계 최초 개발됐다. (이미지=성균관대)