백서인 교수 연구팀이 서울대 현택환, 성영은 교수 연구팀과 공동연구를 수행하여 단일 원자 Fe-N-C 촉매의 구조적 변형이 리튬 황 배터리의 성능과 수명 향상에 기여함을 확인하고, 계산화학을 통해 그 원인을 규명하였다.

 

단일 원자 Fe-N-C 촉매의 주름진 그래핀 (wrinkled graphene, wG) 이 FeN₄ 활성자리의 비평면적 왜곡을 유도하였고 Fe 원자의 전자 구조 또한 변형을 일으켜 다양한 리튬 폴리 설파이드 중간체 중 Li₂S 환원 반응의 활성을 증가시킴을 확인하였다. 이러한 구조적 변형은 타 촉매 대비 FeNC/wG촉매의 높은 리튬 황 배터리 성능과 수명에 기여하였고 특히 5 C에서 915.9 mAh g^-1 의 방전률을 보였다.

 

본교 화공생명공학과 목동현 연구원 (석·박사통합과정, 지도교수: 백서인)은 밀도범함수이론 계산 (Density Functional Theory Calculations)를 통해 평면적인 FeNC/G촉매 대비 FeNC/wG 촉매가 Li₂S환원 반응에 대해 낮은 과전압 (Overpotential, V)을 가졌으며 이는 활성자리의 구조적 변형이 Fe 원자의 전자 손실을 유도하여 Li₂S 환원의 중간체인 LiS*의 흡착을 약화시켰기 때문임을 이론적으로 확인하였다.

 

연구 결과는 재료 분야의 국제 학술지인 Advanced Functional Materials (Impact Factor: 18.81, JCR 상위 4.5 %) 에 게재되었다.

 

 

 

연구실 홈페이지: https://www.seoinback.com/

논문 링크: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202110857