에너지연, 일산화탄소 활용 '나노 촉매' 신기술 개발

(대전=뉴스1) 이동원 기자 = 한국에너지기술연구원(KIER·이하 에너지연)은 수소연료전지연구실 박구곤·권용민·이은직 박사 연구팀이 인체에 유해한 일산화탄소를 이용해 0.3 나노미터 수준의 금속 두께를 정밀 제어하는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

이 기술은 수소연료전지의 경제성을 좌우하는 '코어-쉘(Core-shell) 촉매'를 기존보다 쉽고 빠르게 생산할 수 있게 해 관련 산업 활성화에 크게 기여할 전망이다.

코어-쉘 촉매는 저가 금속(코어) 위에 연료전지 반응을 촉진하는 백금(쉘)을 얇게 코팅한 형태로, 값비싼 백금 사용량을 줄여 경제성을 높이는 핵심 요소다. 그러나 기존 '언더포텐셜 구리 증착법(Cu-UPD)'은 정밀한 전압 조절과 추가 공정, 환원제가 필요해 대량 생산에 한계가 있었다.

연구팀은 일산화탄소의 강한 흡착력에 착안, '일산화탄소 흡착 유도 증착법(CO AID)'을 개발했다. 이 방식은 일산화탄소를 코어 금속 표면에 단일 분자층 형태로 흡착시킨 후 백금 입자를 선택적으로 환원시켜 0.3 나노미터 두께를 정밀하게 제어한다. 이를 통해 기존 공정 대비 시간을 10분의 1 수준인 최소 30분에서 최대 2시간 이내로 단축하며, 별도의 전기화학 장치나 환원제도 필요 없다.

연구진은 개발된 기술로 팔라듐 기반 백금 코어-쉘 촉매를 제작, 상용 백금·탄소 촉매보다 산소환원반응(ORR)은 약 2배, 내구성은 1.5배 향상된 것을 확인했다.

박구곤 박사는 "일산화탄소의 유해성을 나노 박막 제어 도구로 전환한 발상의 전환"이라며 "상용화 가능성이 매우 높은 기술"이라고 강조했다. 권용민 박사는 "연료전지뿐 아니라 반도체, 박막 소재 등 나노입자 제조 기술 고도화에 큰 파급력을 가질 것"이라고 덧붙였다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '에이씨에스 나노(ACS nano)' 11월호에 게재 및 속표지로 선정됐으며, 과학기술정보통신부 지원으로 수행됐다.

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