“에너지 환경은 지속가능한 과학기술, 환경을 만들기 위한 필수 연구분야입니다. 제가 처음으로 시작한 `촉매전자학` 연구를 통해 에너지 환경분야 발전을 이끌고 싶습니다.”
박정영 기초과학연구원(IBS) 나노물질 및 화학반응 연구단 부연구단장(KAIST EEWS 대학원 교수)은 국내 촉매 화학반응 연구 선구자다. 촉매 화학반응과 전자공학을 접목한 촉매전자학 연구를 세계 최초로 시작했다.
촉매전자학의 핵심은 `핫(hot) 전자`다. 핫 전자는 화학반응 도중에 촉매 표면에서 펨토초(1000조분의 1초) 단위 시간에 순간적으로 발생한다. 촉매 표면의 자유전자가 화학에너지를 얻거나, 광에너지를 흡수할 때 생긴다. 이를 증폭하면 고효율의 에너지 전환 소자를 만들 수 있어 연구 잠재력이 크다.
박 부연구단장은 2015년 2월 촉매 나노다이오드를 이용해 나노촉매 반응에서 나오는 핫 전자 화학전류를 처음으로 측정했다. 지난해에는 그래핀 촉매센서로 백금 나노촉매 표면의 핫 전자를 정밀 관측했다. 무엇보다 액상 환경의 촉매 반응에서도 핫 전자를 처음으로 검출, `앙게반테 케미` 7월 4일자 온라인판 표지논문에 이름을 올렸다.
박 부연구단장은 “대부분의 화학반응은 대기가 아닌 액체에서 일어나고, 밀도가 높은 만큼 반응 효율도 높다”면서 “액상 환경에서의 핫 전자 검출은 앞으로 촉매반응 효율을 극대화할 수 있는 단초를 찾은 것”이라고 소개했다.
박 부연구단장은 촉매전자학 연구가 앞으로 에너지환경 분야를 폭발적으로 발전시킬 것이라고 확신했다. 인류 생존과 번영에도 중요한 역할을 한다고 봤다. 고효율·고성능 나노촉매를 개발, 환경에 해로운 부산물을 최소화할 수 있다. 경제적으로도 큰 이득을 안겨준다.
앞으로는 나노물질 화학반응을 원자적 수준에서 이해하는 연구를 수행할 계획이다. 그러면서 더 많은 소재에 응용할 수 있는 나노입자, 광촉매 연구도 병행한다. 촉매전자학 연구 저변을 넓히는 것이 목표다.
박 부연구단장은 국내 많은 젊은 과학자들이 전에 없던 연구를 시작하기를 기대한다. 자신이 촉매전자학을 시작했던 것처럼 새로운 연구 분야가 많이 창출됐으면 하는 바람이다.
박 부연구단장은 “독창적 주제를 스스로 발굴하고 연구하는 선배 연구자들을 선망의 눈으로 바라봤던 기억이 난다”면서 “짧은 국내 R&D 역사 탓에 많은 분야에서 서구학문을 따라가는 양상을 보이지만, 앞으로는 많은 과학자들이 새로운 분야를 창출하게 될 것이라고 믿는다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
