한국기초과학지원연구원은 환경소재분석본부 이주한, 이현욱 박사팀이 가천대 이영철 교수와의 공동연구를 통해 기존 그래핀을 대체할 수 있는 차세대 저차원 나노물질로 주목받고 있는 이산화티탄(TiO2) 입자 치환법을 적용한 흑린(BP)을 활용해 안정적이고 활성이 뛰어난 흑린-TiO2 광촉매 재료를 세계 최초로 제조하는데 성공했다고 11일 밝혔다.

흑린은 뛰어난 광전기적 성질에도 불구에도 공기 중에 존재하는 습기에 약한 단점을 지니고 있는 것으로 알려져 있다. 하지만 이번 연구를 통해, 물속에서도 안정적으로 흑린 구조를 유지하면서 가시광을 효과적으로 이용해 오염물 및 병원성균을 제거할 수 있는 광촉매 재료를 세계 최초로 제조할 수 있게 됐다.

기존 그래핀이나 몰리브덴 설파이드(MoS2)의 경우, MoS2에 TiO2가 균일하게 치환되지 않기 때문에 치환 반응에 앞서서 음이온성 고분자로 표면을 코팅하는 공정이 필요했다. 이번 연구를 통해 흑린의 경우에는 추가적인 공정 없이 비교적 균일하게 TiO2 입자가 2차원면 전체에 치환이 가능했다.

또 가시광에서의 촉매 활성도 역시 MoS2-TiO2보다 흑린-TiO2 광촉매가 우수하고, 흑린에 대한 수분 불안정성을 간단한 금속산화물 치환 기술로 해결할 수 있음을 확인했다.

이주한 박사는 “이번 연구는 흑린을 화학적인 방법으로 박리하는 방법과 흑린의 구조를 안정화할 수 있는 단순한 금속산화물 치환법을 발견했다는데 의미가 있다”며 “이를 활용해서 기존 그래핀을 대체하거나 보완할 수 있는 광촉매, 반도체 및 디스플레이 등 다양한 응용분야에 적용할 수 있는 흑린 기반 저차원 나노물질 연구를 중점적으로 연구하고 있다”라고 밝혔다.

이번 연구결과는 세계적 학술지 네이처 자매지인 ‘사이언티픽리포츠’ 온라인판에 게재됐다.