▲ 김광수 포스텍 교수.

크기는 줄이면서도 잘 분산된 미세 백금나노입자가 개발돼 연료전지 촉매 개선에 속도가 붙을 전망이다.

미래창조과학부(장관 최문기)는 포스텍 김광수 교수팀이 연료전지의 핵심인 백금촉매의 성능을 3배 이상 향상시킬 수 있는 DNA-그래핀 하이브리드 물질을 개발했다고 지난 13일 밝혔다.

차세대 동력원으로 꼽히고 있는 연료전지는 연소반응이 아닌 수소와 산소와의 화학반응을 이용해 전기를 생산하는 것으로, 산소환원 반응에는 고가의 백금촉매가 사용된다.

지금까지의 많은 연구자들이 미세한 백금입자로 표면적을 증가시켜 백금촉매의 활성도를 높이려 했으나, 극미세 나노입자를 균일하게 분산시키는 방법과 입자간의 뭉침 현상을 막지 못해 연구에 많은 어려움을 겪었다.

연구팀은 DNA와 그래핀으로 된 하이브리드 물질 위에 1 나노미터 크기의 미세한 백금 입자를 균일하게 분산시킨 복합체 물질을 합성하는데 성공했다.

극소 크기의 백금 나노입자를 표면적이 넓은 DNA-그래핀 하이브리드 물질에 균일하게 분산시킴으로써 촉매반응이 일어날 수 있는 표면적을 넓혀 촉매성능을 3배 이상 향상시킨 것이다. 또한 구형의 활성탄소 위에 2~4 나노미터 크기의 백금 입자를 분산시키는 기존 방법에 비해 입자의 크기를 절반 이하로 줄이면서도, 결합력이 강해 산이나 염기에도 강한 것이 확인됐다.

이는 따라 개발된 미세 백금나노입자는 기존 백금나노입자보다 촉매활성이 3배 이상으로, 보다 적은 양의 백금을 사용하면서도 활성과 내구성이 뛰어나 연료전지의 실용적인 개선에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

김 교수는 “상업용 백금촉매보다 3배 이상 활성이 증가되었고, 산이나 염기에 강해 연료전지 등에 이용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

한편 미래창조과학부(장관 최문기)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 리더연구자지원사업(국가과학자)의 지원으로 수행된 이번 연구의 결과는 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)지 온라인판 7월 31일자에 게재됐다.