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페로브스카이트 소재 엑솔루션 현상 제어 규명
- 페로브스카이트 구조에서 양이온과 산소의 결합 세기를 조절하여, 나노입자의 엑
솔루션 현상 조절 증명... 향후 연료전지 전극과 기능성 촉매 소자에 활용 기대
- 김봉중 교수 연구팀, 포스텍, 카이스트와 공동연구, 연구결과 환경과학 최
고권위지인 Energy & Environmental Science에 표지 논문으로 선정  
□ 지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 신소재공학부 김봉중 교수 연구팀
이 포스텍(POSTECH, 총장 김무환) 한정우 교수팀, 카이스트(KAIST, 총
장 신성철) 정우철 교수팀과 공동 연구를 통해 페로브스카이트 구조에
서 양이온과 산소의 결합 세기를 조절함으로써 페로브스카이트 물질 
내에 존재하는 양이온의 엑솔루션 현상을 제어하는 방법을 밝혀냈다. 
또한 이를 바탕으로 나노입자의 형성을 제어할 수 있음을 규명하였다. 
    *엑솔루션(ex-solution): 고온 환원 분위기(섭씨 700-800도 이상, 수소분위기)를 주었을 때, 특정 산
화물 기판 또는 지지체(주로 페로브스카이트 구조의 산화물질, 예: ABO3)에서 특정 금속성분이 분
리되어 기판 표면으로 나오는 현상. 주로 B 원자 사이트에 치환된 귀금속 또는 고활성 금속이 기
판 표면으로 나와 입자형태를 이룸
□ 엑솔루션 기술은 산화, 환원에 따라 금속산화물의 상변화를 통해 실시
간으로 금속 나노입자를 만드는 방법이다. 이 현상은 특별한 공정과정 
없이 환원 분위기에서 자발적으로 고성능·고안정성의 나노촉매가 금
속산화물 표면에 형성되기 때문에 친환경적인 미래 에너지기술로 주목
받고 있다. 
지스트(광주과학기술원) 보도자료
http://www.gist.ac.kr 
보도시점 
지스트 홈페이지 게시
게시일
2020.8.11.(화)
보도자료
담당
홍보팀 김효정 팀장
062-715-2061
홍보팀 이나영 선임행정원 
062-715-2062
자료 문의
신소재공학부 김봉중 교수
062-715-2341
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 ∘ 기존에는 나노입자를 진공증착 방식으로 만들었는데, 시간과 비용이 많
이 들뿐더러 열에 불안전하다는 한계가 있었다. 그래서 페로브스카이트 
격자에 고온과 환원 환경을 만들어 금속 이온이 격자에서 빠져나와 표
면에서 자라는 엑솔루션 방식이 연구됐다. 그동안 다양한 재료에서 그 
응용 가능성이 제안됐지만 원자단위의 구동인자가 보고된 바는 없어 
이를 성공적으로 제어하는 데에 큰 어려움이 있었다.
□ 공동 연구팀은 낮은 온도에서 열적 안전성을 높게 유지하면서 나노입
자를 빠르게 만들기 위해 양이온과 산소의 결합 세기를 조절했다. 특
히, 큰 이온반지름을 가지는 원소를 치환함으로써 양이온과 산소의 결
합길이를 제어했다. 이번에 개발된 방법으로 산화촉매에 적용하였을 
때 촉매적 활성을 기존 엑솔루션 촉매 대비 4배까지 증진시킬 수 있음
을 확인했다.
 ∘ 엑솔루션을 통해 합성된 재료는 연료전지 전극의 내구성을 향상시켜 
전지 수명 증가에 도움을 줄 것으로 기대된다. 그 외에도 가스센서, 개
질반응 및 다양한 금속산화물 기반 나노입자 촉매가 활용되는 화학촉
매에도 쉽게 응용될 것으로 기대된다. 
□ 이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원을 받아 수행되었으며, 
환경과학 분야 최고권위지 ‘에너지와 환경 과학(Energy & 
Environmental Science, IF: 30.289)’에 2020년 6월 2일 온라인으로 게
재되었다. 또한 학계 및 일반인에게 널리 알릴만한 내용으로 인정받아 
학술지의 표지논문으로 선정되었다.   <끝>  
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논문의 주요 내용
1. 논문명, 저자정보 
 - 저널명 : Energy & Environmental Science
            (2019 JCR Impact Factor: 30.289)
 - 논문명 : Control of transition metal–oxygen bond strength boosts the redox 
ex-solution in a perovskite oxide surface
 - 저자 정보 : 한정우(포스텍, 교신저자), 정우철(카이스트, 교신저자), 김봉중 
교수(지스트, 교신저자) 
그 림 설 명
[그림1] 양이온 (Co)와 산소 (O)의 결합세기에 따른 엑솔루션 경향
: Co-O 결합길이가 길수록 더 엑솔루션이 잘 되는 경향을 나타냄.