서울대, 나노금속촉매 안정화 기술 개발

서울대 차석원 교수 연구팀이 원자 수십 개 두께의 산화물 층을 금속촉매 위에 만들어 나노금속촉매의 안정화 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.
나노입자 크기의 금속촉매를 이용하면 더 적은 촉매로 더 높은 성능을 낼 수 있다. 단, 나노입자는 크기가 작고 가벼워 서로 다른 입자들이 뭉치는 현상이 나타난다. 특히 백금과 같은 금속의 나노입자는 뭉치는 속도가 더 빨라 촉매로서 기능을 발휘할 수 없게 된다.
연구팀은 금속 나노입자가 뭉치는 현상을 막기 위해 금속 표면에 기능성 산화물로 얇은 막을 만들었다. 산화물은 순수한 금속에 비해 안정적인 성질을 가져 금속 나노입자가 서로 뭉치는 것을 막는다. 또, 산화물 코팅이 촉매로서 역할을 방해하지 않도록 원자 수십 개 두께로 만들었다.
최근 반도체 제조공정에 널리 사용되는 것으로 알려진 원자막 증착법은 어떤 물질로 막을 제작할 때 원자 단위로 막을 하나씩 쌓는 기술이다. 연료전지의 이온전도 손실을 줄이기 위해서 중요시되는 기술이다. 연구팀은 원자막 증착법을 통해 기체 상태의 산소가 음이온의 형태로 투과되는 기능성 산화막을 형성해 금속촉매의 성능이 증가하는 현상도 발견했다. 원자막 증착법은 복잡한 3차원 구조물에 균일한 막을 제작할 수 있어 대량생산에 적합하다.

차석원 교수는 대량생산이 가능한 공정으로 나노금속촉매의 내구성과 성능을 동시에 향상시키는 중요한 연구 결과”라며, 연료전지, 이차전지, 슈퍼캐패시터 등과 같은 에너지 저장장치에 사용되는 금속전극의 안정성과 내구성을 획기적으로 개선시킬 수 있어 다양한 산업적 응용이 기대된다”고 밝혔다.
이번 연구 결과는 재료 및 에너지 분야 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈 5월 20일자 온라인 판에 게재됐다. 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어사업의 일환인 멀티스케일에너지시스템 연구단(단장 최만수 교수) 지원으로 수행됐다.
[안갑성 기자]