수소 연료 자동차와 휴대용 전자제품들과 같은 수소 및 연료전지 기술의 발전 덕분

에 미국 에너지부가 설정한 저장 용량 기준을 충족할 수 있는 안전하고 저렴한 물질 

개발에 상당한 관심이 집중되어 왔다. 몇 가지 중요한 요구 사항에는 평상

(ambient) 조건에서 수소 분자의 분해와 가역적 흡착이 들어있다. 

최근 NIST의 연구자 T. Yildirim과 터키 Bilkent 대학교의 S. Ciraci는 첨단 ab-initio 

계산을 이용해 단일 Ti 원자가 부착된 홀겹 탄소 나노튜브가 네 개의 수소분자와 결

합할 수 있고 높은 Ti 농도를 높이면 질량의 8%까지 수소를 흡착할 수 있음을 발견

했다. 그들은 이 결과를 Physical Review Letters(94, 175501)에 발표했다. 

Yildirim과 그의 동료의 계산 결과에 따르면 단일 수소분자가 홀겹 탄소 나노튜브에 

접근하면 에너지 장벽을 경험하지 않고 Ti 원자가 포함된 (8,0) 나노튜브에 흡착된

다. 이러한 0의 에너지 장벽은 4개의 수소 분자가 늘어서 H-H 결합으로 표면에 분자

적으로 흡착될 때까지 지속된다. 채워지거나 비워진 금속 d-오비탈들은 수소 분자들

에 대해 특이한 결합 작용을 일으킨다. 이러한 상호 작용은 물리적 흡착

(physisorption)보다는 훨씬 강하고 화학적 흡착(chemisorption)보다는 약하다. 

Yildirim 박사는 “이것은 정확하게 상온의 가역적 수소 저장체에 필요한 특성”이라

고 말했다. 

고온 양자 분자 동역학을 이용한 추가적인 시뮬레이션 결과는 800켈빈 정도의 온도

로 가열하면 Ti-C 결합을 끊거나 나노튜브에서 TiH2를 통째로 제거하지 않고 수소

분자만을 분리해낼 수 있다는 것을 보여주었다. 이것은 가역적 수소 저장체의 필요

조건을 추가적으로 충족시키는 것이다. Yildirim과 Ciraci에 따르면, 이러한 결과는 

수소 저장체와 연료전지 분야에서 새로운 나노구조물을 가공하는데 필요한 기발한 

물질을 개발하는데 근본적인 기반을 제공할 수 있을 것이다. 

수소의 흡착및 반응 경로에 대한 동영상과 같은 좀 더 자세한 정보는 

http://www.ncnr.nist.gov/staff/taner/h2 에서 이용 가능하다. 

  정보출처   http://www.mrs.org/connections/researchnews/200505_1.html  

  원문언어   영어 

  출판날짜   2005년 05월 31일 

  국      가   미국 

  주제분야   응집물리(B16)