그래핀 핫전자 촉매센서의 모식도.© News1

국내연구진이 그래핀을 이용한 핫전자* 촉매센서 개발에 성공, 차세대 나노촉매 개발에 토대가 마련됐다.

기초과학연구원(이하 IBS)은 10일 나노물질 및 화학반응 연구단 그룹리더 박정영 교수(KAIST EEWS대학원 교수) 연구팀이 그래핀 핫전자 촉매센서를 개발했다고 밝혔다.연구팀은 개발한 그래핀 핫전자 촉매센서를 통해 백금나노촉매에서 발생하는 핫전자를 정밀하게 관측하는데 성공했다.

화학반응 중 촉매 표면에서 발생하는 핫전자는 촉매의 근본적인 작동원리를 규명하는데 매우 중요하지만 수명이 펨토초(1000조 분의 1초)에 불과, 촉매반응 환경에서의 검출이 어려웠다.

그래핀 핫전자 촉매센서에서 검출한 핫전자와 촉매활성도와의 상관관계 및 핫전자 측정 원리.© News1

이에 연구진은 이산화티타늄(TiO2) 위에 금보다 전기적 특성이 뛰어난 그래핀을 입혀 촉매물질과의 에너지장벽을 낮췄다. 이를 통해 다수의 핫전자가 이동할 수 있게 해 검출도·정밀도를 높였다.또 수소산화반응에서 그래핀 핫전자 촉매센서를 이용해 측정한 핫전자 방출값이, 기체크로마토그래피로 측정한 촉매활성도 결과값과 서로 동일한 경향을 보임을 확인했다.

박 교수는 "이번에 개발한 그래핀 핫전자 촉매센서는 향후 고효율 차세대 나노촉매 물질 개발에 중요한 척도가 될 것"이라고 말했다.

IBS 나노물질 및 화학반응 연구단 그룹리더 박정영 교수.© News1

이번 연구결과는 세계적인 학술지 '나노 레터스(Nano Letters, IF 13.592)' 2월24일자 온라인판에 게재됐다.

* 핫전자 : 촉매 표면의 자유전자가 화학반응 과정에서 외부의 에너지를 얻어 이탈해 발생. 화학에너지의 일부가 전기에너지로 방출되는 과정에서 나타남.


etouch84@news1.kr