강한 빛으로 0.02초만에 촉매가 `뚝딱`…연료전지 등에 활용

입력: 2023-12-06 17:53 이준기 기자

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KAIST, 대기조건서 나노입자와 단일원자 촉매 합성
광열효과 좋은소재에 빛 쪼여..빠르게 합금촉매 제작

KAIST는 강한 빛을 다양한 탄소 소재에 쪼여 0.02초 이내 나노입자 촉매와 단일원자 촉매를 대기 조건에서 합성하는 데 성공했다. 사진은 연구결과가 실린 ACS 나모 속표지 이미지

KAIST 제공

국내 연구진이 강한 빛을 이용해 0.02초만에 연료전지 등에 활용할 수 있는 촉매 기술을 내놨다.

KAIST는 최성율 전기·전자공학과 교수 연구팀과 김일두 신소재공학과 교수 연구팀이 공동으로 강한 빛을 다양한 탄소 소재에 쪼여 0.02초 이내 나노입자 촉매와 단일 원자 촉매를 대기 조건에서 합성하는 데 성공했다고 6일 밝혔다.

이 합성법은 광열효과가 뛰어난 소재(탄소 나노섬유, 그래핀 산화물, 맥신)에 여러 종류의 금속염을 고르게 섞어주고, 빛을 가하면 초고온과 빠른 속도로 최대 9성분계의 합금 촉매를 만들 수 있다. 합금 촉매는 연료전지, 리튬황 전지, 공기 전지, 물 분해 수소생산 등에 널리 활용할 수 있고, 고가의 백금 사용량을 획기적으로 줄일 수 있다.

연구팀은 광열효과를 통해 단일원자 촉매의 신규 합성법도 개발했다. 그래핀 산화물에 멜라민과 금속염을 동시에 섞어 빛을 쪼이면 단일원자 촉매가 결합된 질소 도핑 그래핀을 합성할 수 있다. 백금과 코발트, 니켈 등의 다양한 단일원자 촉매가 고밀도로 결착돼 있어 다양한 촉매에 응용할 수 있다.

최성율·김일두 KAIST 교수는 "강한 빛을 소재에 짧게 조사하는 간편한 합성법을 통해 단일 원소 촉매부터 다성분계 금속 나노입자 촉매의 초고속, 대면적 합성을 가능하게 하는 새로운 촉매 합성 공정 플랫폼이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 나노 분야 국제 학술지인 '어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)' 11월호에 속표지 논문으로 선정됐으며, '에이씨에스 나노(ACS Nano)' 12월호 속표지 논문으로도 출간 예정이다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr