연료전지 백금촉매 성능 높인 DNA-그래핀 하이브리드 물질 개발

김광수 포항공대 교수팀, 촉매 성능 3배 이상 개선

김광수 교수.

아주경제 이한선 기자= 미래창조과학부는 국가과학자 김광수 포항공과대학교 교수팀이 연료전지 핵심인 백금촉매의 성능을 3배 이상 높일 수 있는 DNA-그래핀 하이브리드 물질을 개발했다고 13일 밝혔다.

수소와 산소와의 화학반응을 이용해 전기를 생산해 차세대 동력원으로 꼽히고 있는 연료전지는 산소환원 반응에 백금촉매를 사용하고 있다.

이번 연구는 고가의 백금을 적게 사용하고도 성능을 높여 성능 개선에 기여할 것으로 기대된다.

연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업의 지원으로 수행했고 연구결과는 네이처 커뮤니케이션지 온라인판 지난달 31일자에 게재됐다.

기존에는 미세한 백금입자로 표면적을 늘려 촉매의 활성도를 높이려 했으나 극미세 나노입자를 균일하게 분산시키는 방법과 입자간의 뭉침 현상을 막지 못해 어려움이 있었다.

연구팀은 DNA와 그래핀으로 된 하이브리드 물질 위에 기존의 방법보다 작은 1나노미터 크기 미세한 백금 입자를 균일하게 분산시킨 복합체 물질을 합성하는데 성공했다.

백금 나노입자를 표면적이 넓은 DNA-그래핀 하이브리드 물질에 균일하게 분산시켜 촉매반응이 일어날 수 있는 표면적을 넓혀 성능을 3배 이상 높였다.

연구팀은 입자가 작을수록 뭉치려는 경향을 극복하기 위해 백금이온이 DNA 사슬의 인산뼈대 염기들과 강하게 결합하는 성질을 이용했다.

표면적이 넓은 그래핀 산화물에 DNA 사슬을 결합시켜 엉키는 것을 막는 하이브리드 물질을 만들고 여기에 백금염화물과 환원제를 차례로 첨가해 미세한 백금나노입자들이 하이브리드 물질 위에 분산돼 달라붙게 했다.

개발된 미세 백금 나노입자는 입자간 결합력이 강해 산이나 염기에도 강하다.

안정성을 테스트하기 위해 1만회 촉매 산화환원반응을 수행한 결과 초기 활성의 95%를 유지했다.

상업용 백금나노입자는 50%에 지나지 않는다.