그래핀 기반 핫전자 촉매센서 개발

국내연구진이 그래핀을 이용한 핫전자* 촉매센서 개발에 성공, 차세대 나노촉매 개발에 토대가 마련됐다.

기초과학연구원(이하 IBS)은 10일 나노물질 및 화학반응 연구단 그룹리더 박정영 교수(KAIST EEWS대학원 교수) 연구팀이 그래핀 핫전자 촉매센서를 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 개발한 그래핀 핫전자 촉매센서를 통해 백금나노촉매에서 발생하는 핫전자를 정밀하게 관측하는데 성공했다.

화학반응 중 촉매 표면에서 발생하는 핫전자는 촉매의 근본적인 작동원리를 규명하는데 매우 중요하지만 수명이 펨토초(1000조 분의 1초)에 불과, 촉매반응 환경에서의 검출이 어려웠다.

이에 연구진은 이산화티타늄(TiO2) 위에 금보다 전기적 특성이 뛰어난 그래핀을 입혀 촉매물질과의 에너지장벽을 낮췄다. 이를 통해 다수의 핫전자가 이동할 수 있게 해 검출도·정밀도를 높였다.

또 수소산화반응에서 그래핀 핫전자 촉매센서를 이용해 측정한 핫전자 방출값이, 기체크로마토그래피로 측정한 촉매활성도 결과값과 서로 동일한 경향을 보임을 확인했다.

박 교수는 "이번에 개발한 그래핀 핫전자 촉매센서는 향후 고효율 차세대 나노촉매 물질 개발에 중요한 척도가 될 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 세계적인 학술지 '나노 레터스(Nano Letters, IF 13.592)' 2월24일자 온라인판에 게재됐다.

* 핫전자 : 촉매 표면의 자유전자가 화학반응 과정에서 외부의 에너지를 얻어 이탈해 발생. 화학에너지의 일부가 전기에너지로 방출되는 과정에서 나타남.

etouch84@news1.kr