신소재공학과

세계적 학술지 'Nature Communications' 게재 

공과대학 신소재공학과 김현유 교수 연구팀이 KAIST 박정영 석좌교수, 미국 센트럴플로리다대 정연웅 교수 연구팀과의 공동연구를 통해, 차세대 촉매로 주목받는 2차원 백금셀레나이드(PtSe2)를 기반으로 CO 산화 반응에서 기존 대비 최대 3.26배 향상된 성능을 구현하는 데 성공했다.

이번 연구 성과는 세계적 학술지 'Nature Communications'(IF 15.7) 7월호에 게재됐다. 이번 연구에서 김현유 교수는 공동 교신저자로, 신소재공학과 졸업생 최혁 박사(현, Nanyang Technical University 박사 후 연구원)가 공동1저자로 참가했다. 

기존 백금 촉매는 CO 독성 흡착(CO poisoning) 현상으로 인해 산화 반응의 효율이 저하되는 문제가 있었으나, 본 연구에서는 PtSe₂ 표면의 셀렌 결손(Se vacancy) 부위를 통해 원자 수준으로 노출된 백금 원자들이 반응 부위(active site)로 작동함을 실시간 X-선 광전자 분광(AP-XPS) 분석과 전자밀도함수이론(Density functional theory, DFT) 계산 분석을 통해 확인했다.

이러한 백금–셀렌 간 전자 상호작용은 CO 결합력을 효과적으로 낮추고, 산소(O₂) 흡착을 유도해 높은 산소 커버리지와 빠른 산화 반응을 가능하게 했다. 실험 결과, 기존 Pt 필름 대비 약 3배 이상의 TOF(전환 빈도)를 보였으며, 촉매 구조의 안정성도 함께 입증됐다.

김현유 교수팀은 DFT 계산을 활용한 PtSe2의 전자구조 분석, 촉매 반응 메커니즘 규명, 셀레늄 결손으로 인한 촉매 특성 발현의 원인 분석을 담당했으며, 실험-이론의 조합연구를 통해 연구 결과의 신뢰성을 높였다.

김현유 교수는 "이번 연구는 전이금속 칼코겐화물(TMDs)의 전자구조적 특성과 원자 수준 백금(Pt) 분산 기술을 결합해 촉매의 활성도를 비약적으로 향상시켰다는 점에서 주목받고 있다"고 말했다.

□ 논문 제목: Enhanced catalytic activity on atomically dispersed PtSe₂ two-dimensional layers

□ 논문 링크: https://doi.org/10.1038/s41467-025-61320-0