한국화학연구원(원장 이영국)은 조동휘·이정오 박사팀이 상온에서 낮은 전력 소모로 공기 중 황화수소를 검출하고, 폐수 속 염료 등 오염물질을 분해하는 '광촉매 특성을 갖는 금속산화물 반도체 가스센서' 개발에 성공했다고 26일 밝혔다. 장지수 한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진) 박사팀과 함께 이룬 성과다.
반도체식 가스 센서 기술은 금속산화물인 센서소재가 가스반응시 전기적 특성이 변화하는 원리를 이용한다. 유해가스에 민감도가 높고 빠른 반응속도, 양산성 등 장점이 있다.
다만 센서 소재를 수백℃까지 히터로 가열하는 활성화 과정이 필요한데, 이때 많은 전력이 소모된다. 또 높은 온도에서는 모든 가스가 반응해 특정 가스만 선별하기 어렵다.
연구팀은 '빛'으로 열을 발생시키는 '광활성화' 방식을 적용해 전력 소모를 줄였다. 금속산화물 일종인 이산화티타늄을 센서재료로 삼고, 첨단 나노반도체 기술을 이용해 빛이 최대한 잘 흡수될 수 있는 '3차원 나노-쉘 구조'를 만들었다. 이 구조에선 기존보다 전력소모가 100분의 1 정도인 밀리와트(㎽) 수준 빛을 집중시키는 것만으로 높은 열이 발생한다.
또 4가지 성분이 포함된 나노 촉매를 센서표면에 균일하게 합성해 특정 가스에만 반응하도록 했다.
백금, 팔라듐, 니켈, 코발트 를 첨가하자 유해가스 중 '황화수소'만 선택적으로 잘 반응했다.
게다가 연구팀은 이 센서가 수중에서 오염 물질을 줄일 수 있다는 결과도 검증했다. 센서재료로 쓰인 이산화티타늄은 광촉매로 활용되는 대표적인 화합물로, 수중이나 대기 중 오염물질을 광촉매 분해할 때 많이 다뤄진다.
물 속에 극미량으로 존재하는 염료나 PFOA 등 미세오염물질을 0.18㎎/㎠의 소형 센서소재로도 분해할 수 있었다.
센서를 오염수에 넣었다가 꺼내면 건조 후 재활용할 수 있어 효율적으로 오염물질 저감이 가능하다.
이영국 화학연 원장은 “개발기술은 황화수소 탐지 및 수중 오염물질 분해 등 국민의 건강한 삶을 위한 기술로 다양한 유해가스, 유해물질에도 적용될 수 있는 플랫폼 기술이 될 것”이라고 말했다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
