백금촉매 성능 3배 향상 DNA-그래핀 하이브리드 물질 개발
백금촉매 성능을 크게 향상시킨 DNA-그래핀 하이브리드 물질이 개발됐다.
김광수 포스텍(POSTECH) 화학과 교수팀은 연료전지 핵심인 백금촉매 성능을 3배 이상 향상시킬 수 있는 DNA-그래핀 하이브리드 물질을 개발하는데 성공했다고 13일 밝혔다.
고가인 백금의 양을 적게 사용하고도 성능을 향상시켜 연료전지 등 성능 개선에 크게 기여할 것으로 기대된다.
미래창조과학부와 한국연구재단의 리더연구자지원사업으로 수행된 이번 연구결과는 최근 `네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)`지 온라인판에 게재됐다.
지금까지 많은 연구자들은 미세한 백금입자로 표면적을 증가시켜 백금촉매 활성도를 높이는 연구에 집중해왔다. 하지만 극미세 나노입자를 균일하게 분산시키는 방법과 입자 간 뭉침현상을 막지 못해 연구에 많은 어려움을 겪어왔다.
김광수 교수팀은 DNA와 그래핀으로된 하이브리드 물질 위에 1나노미터(㎛) 크기의 미세한 백금입자를 균일하게 분산시킨 복합체 물질을 합성하는데 성공했다.
미세한 백금 나노입자를 표면적이 넓은 DNA-그래핀 하이브리드 물질에 균일하게 분산시킴으로써 촉매반응이 일어날 수 있는 표면적을 넓혀 촉매성능을 3배 이상 향상시켰다.
활성탄소 위에 2~4㎛ 크기 백금 입자를 분산시키는 기존 방법에 비해 입자 크기를 절반 이하로 줄인 것이다.
일반적으로 백금 입자는 작으면 작을수록 표면적이 커지면서 불안정성이 높아지게 되고 이로 인해 서로 뭉치려는 경향이 강하다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 백금이온이 DNA 사슬의 인산뼈대 염기들과 강하게 결합하는 성질을 이용했다.
표면적이 넓은 그래핀 산화물에 DNA사슬을 결합시켜 DNA가 서로 엉키는 것을 막아 하이브리드 물질을 만들고, 여기에 백금염화물과 환원제를 차례로 첨가, 미세한 백금나노입자들이 하이브리드 물질 위해 골고루 분산돼 달라붙게 했다.
김광수 교수는 “상업용 백금 촉매보다 3배 이상 활성이 증가됐고, 산이나 염기에 강해 연료전지 등에 이용할 수 있을 것”이라고 말했다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
