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촉매의 활성도를 증가시키기 위해서 많은 연구진들이 황 (Sulfur)를 촉매에 도핑하려는 연구가 많이 보고되고 있다. 이에 반해, 심욱 교수 연구팀은 인공적으로 황을 첨가하여 도핑하는 것이 아닌 동백꽃 자체적으로 함유된 황에 의해서 촉매의 전자전달성 및 내구성을 향상시킬 수 있다고 보고하였다.
본 연구에서는 동백꽃에 함유된 자체 황을 이용해 황 도핑 바이오매스 기반 전기 촉매를 개발하였고, 이는 수전해 및 슈퍼 커패시터 다기능 촉매로 사용 가능함이 입증되었다. 동백꽃에 함유된 고유의 황은 열처리시 실시간 자가 도핑을 촉진하여 촉매의 전하 전달 능력과 장기 내구성을 크게 향상시켰다.
수전해의 경우 10 mA/cm2에서 154 mV와 362 mV의 수소 및 산소 생산 반응 과전압을 보였다. 슈퍼 커패시터의 경우 1 M KOH 전해질에서 2 A/g에서 125.42 F/g의 비정전용량과 높은 주기 안정성을 보였다. 또한, 0 ~ 1.6 V의 넓은 전압 범위에서의 대칭형 하이브리드 슈퍼 커패시터 장치 구동 시 1600 W/kg의 전력 밀도에서 34.54 Wh/kg의 높은 에너지 밀도를 나타내었다.
본 연구를 통한 바이오매스 원료 기반 촉매는 에너지 전환 및 저장 장치에 대한 좋은 잠재력을 지녔을 뿐만 아니라 폐기되는 바이오매스를 효율적으로 재활용할 수 있다는 가능성을 제시함으로써 소재 개발에 새로운 시각으로 접근할 수 있는 친환경적이며 미래지향적인 기술로 평가된다.
이번 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘Carbon Energy (피인용지수 21.556)’에 게재되었다.
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