카이스트·포스텍 공동연구팀 첨단 촉매감시센서 안전성 센서 개발

엑솔루션 연구로 새로운 촉매감지센서를 개발한 김준규 박사과정, 김일두 교수, 정우철 교수(사진 좌측부터)

삼성미래기술육성사업이 지원하고 카이스트(KAIST)와 포스텍(POSTECH) 등 국내 과학기술특성화대학 연구진이 협업해 진행해 온 ‘엑솔루션’ 연구가 결실을 보았다.

엑솔루션(Ex-solution)이란 금속 및 금속산화물 고용체를 가열해 성분을 분리하고, 이를 통해 실시간으로 금속 나노 입자 촉매를 금속산화물 표면에 균일하면서도 강하게 결착시키는 친환경 미래 기술이다.

카이스트 신소재공학과 김일두·정우철 교수 연구팀은 포스텍 한정우 교수팀과 광주과기원(GIST) 김봉중 교수팀과의 공동연구를 통해 단 한 번의 열처리로 금속산화물 감지 소재 표면에 나노촉매를 자발적으로 형성시켜 황화수소 기체만 선택적으로 감지하는 센서를 개발했다고 24일 밝혔다.

개발된 기술은 진공을 요구하거나 여러 단계 공정으로 시간과 비용이 많이 들뿐더러 촉매가 쉽게 손실되고 열에 불안정한 기존 기술을 크게 개선한 것이다.

연구팀은 종전 기술의 문제 해결을 위해 낮은 공정 온도에서도 열적 안정성을 유지하면서 나노입자 촉매들을 금속산화물 지지체에 균일하게 결착시키도록 금속산화물의 실시간 상변화를 활용한 저온 엑솔루션 기술을 새롭게 개발했다. 열처리만으로 금속이 도핑된 금속산화물에 다양한 상변화를 일으켜, 손쉽게 나노입자 촉매들을 표면에 형성시키는 기술이다. 

악취의 근원이 되는 황화수소 기체만 선택적으로 감지하면서도 기존 가스 센서보다 훨씬 안정성이 향상된 것이 특징이다.

우리 생활에서 쉽게 접할 수 있는 구취 진단기에 응용이 가능할 뿐만 아니라 산화 촉매, 개질 반응 등 다양한 나노입자 촉매가 활용되는 물리화학 촉매 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구를 주도한 김일두 교수는 “저온 엑솔루션 공정은 고성능·고 안정성 나노촉매 합성을 위한 핵심적 기술로 자리를 잡을 것”이라면서 "“연구에서 발견한 구동력과 응용 방법을 활용하면, 다양한 분야에 폭넓게 적용될 수 있다”고 말했다.

카이스트 신소재공학과 장지수 박사와 김준규 박사과정이 제1 저자로 참여한 연구 결과는 재료 분야의 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’ 11월호 속표지 논문으로 선정됐다.

대전=임정재 기자 [e-mail]