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한양대학교 화학공학과 장윤정 교수는 이번 대구경북과학기술원 (DGIST), 고려대와의 공동연구를 통해 세계 최소 크기의 무기 반도체 소재인 양자 반도체 나노클러스터를 이용한 친환경 태양광 수소 생산에 세계 최초로 성공했다.

연구팀은 기존에 광촉매로 활용된 사례가 없던 나노미터 이하의 극소 양자 반도체 소재인 카드뮴 셀레나이드 클러스터를 사용해 새로운 광촉매 시스템을 구현했다. 카드뮴 셀레나이드 클러스터의 불안정한 성질을 극복하기 위해 코발트 이온 도핑을 통해 전기적 특성을 개선하고, 가교 결합을 유도하여 안정적인 3차원 초구조를 형성했고, 마지막으로 수소 생산에 효율적인 촉매 반응 환경을 설계했다. 

이번 연구에서 초구조 형성은 DGIST 연구팀이, 수소 생성 환경 설계는 한양대학교 장윤정 교수 연구팀이 담당하여 공동으로 수행했다.

이 성과는 불안정한 나노 단위의 무기 반도체가 광촉매로 활용될 수 있음을 보여주며, 향후 양자 반도체 소재의 에너지·분야 및 양자과학 응용 가능성을 확장시키는 중요한 발판이 될 것으로 기대된다.

해당 연구는 한국연구재단과 한국산업기술진흥원의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 나노화학분야의 국제 저명 학술지인 Nano Letters (IF=9.1)에 25년 4월에 게재되었다. 해당 논문 Photocatalytic Hydrogen Production Using Semiconductor (CdSe)13 Clusters 에는 한양대학교 이예지 연구원인 공동 제1저자로, 한양대학교 장윤정 교수가 교신저자로 참여했다.