[한국대학신문 이우희 기자] 국내 연구진이 원자 수십 개 두께의 산화물 층을 금속촉매 위에 형성해 안정성과 성능을 증대시킨 나노금속촉매 안정화 기술을 세계 최초로 개발했다. 서울대 공대는 기계항공공학부 차석원 교수 연구팀(박사과정 장익황, 박준호)이 기능성 산화물 원자층을 결합한 나노금속촉매 안정화 기술 개발에 성공했다고 21일 밝혔다.

널리 사용되는 나노입자 금속촉매를 이용하면 촉매의 사용량이 줄고 촉매의 성능이 증가하는 장점이 있다. 반면 나노입자는 입자크기가 작고 가벼워서 이동성이 크고, 표면적이 넓어 입자 간에 서로 뭉치는 현상이 발생한다. 특히 금속나노입자, 백금과 같은 귀금속촉매는 서로 뭉치는 속도가 빨라서 입자가 서로 뭉치며 촉매로서의 기능을 상실한다.

연구팀은 이처럼 금속나노구조가 뭉치는 현상을 방지하기 위해 금속표면에 기능성 산화물로 얇은 막을 형성했다. 산화물은 순수한 금속보다 안정적이기에 금속나노입자가 서로 뭉치는 것을 막아준다. 또한 산화막이 촉매로서의 역할을 방해하지 못하도록 원자 수십 층 두께로 형성했다는 점이 획기적이다.

특히 원자막 증착법을 통해 기체(산소)가 음이온(산소이온) 형태로 투과가 가능한 기능성 산화막을 형성함으로써 촉매의 성능이 오히려 증가하는 현상을 관찰했다. 원자막 증착법은 최근 반도체 제작에 널리 사용되고 있는 공정이다. 대량생산에 적합하고 경제성을 확보할 수 있어 본 연구의 응용 및 파급효과를 기대할 만하다.

차석원 교수는 “대량생산이 가능한 생산공정으로 나노금속촉매의 내구성과 성능을 동시에 향상시키는 매우 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.

이 연구 결과는 재료 및 에너지 분야의 세계 최고 권위 학술지인 어드밴스드 에너지 머터리얼즈 5월 20일자 온라인 판에 속표지 논문(Frontispiece)으로 게재될 예정이다. 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어사업의 일환인 멀티스케일에너지시스템 연구단(단장 최만수 교수) 지원으로 수행됐다.