최근 중국 안후이성(安徽省) 허폐이시(合肥市)에 위치해 있는 ‘중국과학원(中國科學院, CAS)’ 산하 ‘허폐이(合肥) 물질과학연구원’의 ‘고체(固體)물리 연구소’ 류춘성(劉春生) 박사와 정즈(曾雉) 연구원 연구팀은 ‘완전 전자식(Fully electronic)’의 ‘첫 번째 원리 방법’을 이용해 ‘전이 금속’인 Ti로 길이가 한정된 ‘sp 하이브리드(Hybrid) 탄소 원자 체인의 수소저장 능력을 수식하는 연구’에 성공했다고 지난 7월 19일 밝혔다.
연구팀은 이번 연구를 통해 Ti는 ‘탄소 원자 체인’의 한 끝을 안정적으로 흡착할 수 있을 뿐만 아니라 ‘탄소 체인 유형’과 결합해 ‘패리티 진동(parity oscillation)’ 특성을 뚜렷이 나타내고 있다는 점을 발견했다.
또 연구팀은 ‘전이 상태 이론’을 이용해 Ti가 체인 끝 부위에 흡착되는 경로를 분석하는 과정에서 에너지 장벽이 존재하지 않는다는 점을 밝혔다. 이번 발견은 관련 과학실험을 통해서도 입증된 상황이다. 연구팀은 Ti 원자가 탄소 원자의 d-p 궤도 하이브리드화를 통해 안정적인 TiCn 복합물을 형성하며 이런 복합물에 흡착된 H₂수량은 탄소 체인 유형에 의존한다는 연구결과를 도출했다.
연구팀 설명에 따르면, polyyne(n은 짝수를 취함)과 cumulene(n은 홀수를 취함)형 탄소 체인에 대해 Ti는 5개와 6개의 H₂를 각각 흡착하게 된다고 한다. 연구팀은 “C20 풀레렌 전체(Fullerene full)와 TiC5의 또 다른 한 끝은 안정적인 sp+sp2 신형 구조를 형성하며 H₂ 흡착과 결합된 에너지는 0.52eV/H₂에 달한다”고 설명했다.
이번 연구결과는 1차원 탄소나노 재료에 기반해 고품질 및 밀도의 수소저장 매질(Medium)을 개발하는데 새로운 아이디어를 제공해줬다고 한다. 이번 연구개발 성과를 정리해 작성한 과학연구 논문은 Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 2323 (2011)에 발표됐다.
<원문 및 출처: www.cas.cn>
* 상기 기사는 에너지코리아뉴스 자매지인 월간 <CEO ENERGY> 2011년 8월호에 게재된 기사입니다.
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