삼성미래기술육성사업이 지원하고, 한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)과 포스텍 등 연구진이 협업해 진행한 엑솔루션 연구가 결실을 맺었다.
엑솔루션은 금속 및 금속산화물 고용체를 가열해 성분을 분리하고, 실시간으로 금속 나노 입자 촉매를 금속산화물 표면에 결착시키는 기법이다.
KAIST는 단 한 번 열처리로 금속산화물 감지 소재 표면에 나노촉매를 자발 형성시켜 황화수소 기체만 감지하는 고 안정성 센서를 개발했다고 24일 밝혔다.
신소재공학과 소속 김일두·정우철 교수팀이 한정우 포스텍 교수팀, 김봉중 광주과학기술원(GIST) 교수팀과 함께 연구했다.
나노입자 촉매를 금속산화물에 형성하는 기존 방식들은 진공을 요구하거나 여러 단계 공정이 필요하다. 시간과 비용이 많이 들고, 촉매가 쉽게 손실된다. 열에 불안정하다는 문제도 있다.
연구진은 낮은 공정 온도에서도 열적 안정성을 유지하면서 나노입자 촉매들을 금속산화물 지지체에 균일하게 결착시키기 위해 금속산화물의 실시간 상변화를 활용한 저온 엑솔루션 기술을 새롭게 개발했다. 이 기술은 열처리만으로 금속이 도핑된 금속산화물에 다양한 상변화를 일으켜, 손쉽게 나노입자 촉매들을 금속산화물 표면에 형성시킨다.
연구진은 저온 엑솔루션 기술을 기반으로 황화수소 기체만 선택적으로 감지할 수 있으면서 기존 가스 센서보다 훨씬 안정성이 향상된 가스 센서를 개발하는 데 성공했다. 구취 진단기에 응용가능하고, 다양한 물리화학 촉매 개발에 쉽게 활용할 수 있다.
김일두 교수는 “새로 개발한 저온 엑솔루션 공정은 고성능·안정성 나노촉매 합성을 위한 핵심 기술로 자리 잡을 것”이라며 “다양한 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.
연구 결과는 재료 분야 권위 학술지인 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)' 10월 온라인판에 실렸다. 같은 저널 11월호 속표지 논문으로 선정됐다. 국내외 특허 출원 신청이 예정돼 있다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
