2차원 신소재 ‘원 스텝’(One-step) 합성법 개발

[이데일리 김현아 기자]

▲좌측부터 UNIST 이정현 연구원과 박혜성 교수

국내 연구진이 2차원 반도체 소재로 주목받는 전이금속 화합물에 ‘공극 결함(원자 구멍)’을 실시간 ‘도핑’(의도적으로 불순물 등을 첨가하는 기술)하는 기술을 개발했다. 기존 방식과 달리, 쉽게 공극 결함이 균일하게 있는 전이금속 화합물을 상용화가 가능하게 만들수 있어 주목받는다.

이번 연구결과는 나노분야 학술지인 ACS Nano 에 12월 7일 자로 온라인 선공개 됐으며 출판을 앞두고 있다.

UNIST(총장 이용훈) 박혜성·김진영·곽상규 교수팀은 이황화몰리브덴(MoS2) 구조 내부에 공극결함(황 원자의 빈자리)을 균일하게 도핑(doping)하는 기술을 개발했다.

이황화몰리브덴은 차세대 반도체· 촉매 재료로 꼽히는 2차원 전이금속 화합물의 하나다. 연구진은 액체 원료를 사용해 도핑 농도를 쉽게 조절하고, 공극결함의 분포가 불균일하다는 기존의 문제를 해결했다.

이 방식은 물질 합성 과정과 도핑 과정이 동시에 일어나 공정단계 단축을 통한 생산비용 절감이 가능하다.

연구진은 몰리브덴(Mo)과 황(S) 원소가 각각 포함된 두 종류의 액상 전구체의 비율을 조절해 공극결함이 균일하게 도핑된 대면적 이황화몰리브덴을 얻었다.

새로 개발된 합성법을 이용해 만들어진 이황화몰리브덴을 물에서 수소를 얻는 화학 반응 촉매를 썼을 경우, 공극 결함이 전하 이동 등을 촉진해 수소 생산 성능이 우수했다.

제1저자인 이정현 신소재공학과 박사과정 연구원은 “이번에 개발된 합성법은 이황화몰리브덴 외에도 다양한 전이금속 화합물의 물성 조절에 쓰일 수 있다”고 설명했다.

연구 수행은 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 기초연구실지원사업의 지원을 통해 이뤄졌다.