수소연료전지 촉매성능 3배 향상

DNA와 그래핀 결합된 하이브리드 물질 개발

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수소연료전지 촉매성능 3배 향상
김광수 포스텍 교수팀이 개발한 DNA-그래핀-백금입자 복합물질
모식도. 구불구불한 스프링 모양이 DNA 가닥이고 푸른색 깃발 모
양이 그래핀, 그래핀 속에 모여있는 노란색 작은 알갱이들이 백금
나노입자다.
김광수 포스텍 교수팀
디옥시리보핵산(DNA)과 그래핀을 결합하는 방법으로 수소연료전지의 백금촉매 성능을 3배 이상 향상시키는 기술이 개발됐다.

국가과학자인 김광수 포스텍 교수(화학과)팀은 DNA와 그래핀이 결합된 하이브리드 물질을 개발, 기존 촉매보다 훨씬 작은 백금입자를 더 촘촘히 표면에 붙여 반응 표면적을 늘림으로써 촉매 성능을 높이는 데 성공했다고 13일 밝혔다.

연료전지에서 백금촉매는 수소를 받아들여 수소이온과 전자로 분리하는 기능을 하며, 전지 성능을 좌우한다. 백금촉매의 성능을 높이려면 반응 표면적을 넓히는 게 중요한데, 극미세 나노입자를 균일하게 분산시키고 입자간 뭉침 현상을 막는 것이 연구자들의 숙제였다.

연구팀은 DNA와 그래핀으로 만든 하이브리드 물질에 1나노미터(㎚) 크기의 백금입자를 균일하게 분산시킨 복합체 물질을 합성했다. 입자들은 작을수록 불안정해져 서로 뭉치려는 경향이 강해지는데, 연구팀은 백금이온이 DNA 사슬의 인산뼈대 염기들과 강하게 결합하는 성질을 이용해 이를 해결했다.

DNA와 산화그래핀을 섞어 10분간 가열하면 DNA의 이중 가닥이 한 가닥씩 풀린다. 풀어진 DNA 염기는 그래핀과 결합하면서 DNA-그래핀 하이브리드 물질이 만들어진다. 여기에 백금염화물과 환원제를 차례로 첨가해 미세 백금 나노입자들이 하이브리드 물질 위에 골고루 퍼지도록 했다.

연구팀은 "안정성을 테스트하기 위해 1만회 촉매 산화환원 반응을 한 결과 초기 성능의 95%를 유지, 상업용 백금나노입자(50%)에 비해 훨씬 우수함을 확인했다"고 밝혔다.

이 연구는 미래부와 한국연구재단의 `리더연구자지원사업' 지원 하에 이뤄졌으며, 연구결과는 지난달 31일 `네이처 커뮤니케이션스'지 온라인판에 발표됐다.

안경애기자 naturean@

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