KIST, 금속 나노입자 친환경 대량생산 합성법 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 반도체 제조 기술을 이용해 수소연료전지 촉매 성능에 획기적 개선을 가져 올 금속 나노입자를 합성했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 수소·연료전지연구센터 유성종 박사 연구팀이 반도체 제조에 스이는 금속 박막 증착기술인 ‘스퍼터’ 기술을 이용해 물리적 방법으로 나노입자를 합성하는 데 성공했다고 7일 밝혔다.

지난 수십 년간 다양한 분야에서 연구돼 온 금속 나노입자는 최근엔 수소생산을 위한 수전해 시스템과 수소연료전지의 핵심 촉매로 금속 나노입자가 주목받고 있다.

금속 나노입자는 주로 복잡한 화학반응을 통해서 얻어지는데 환경과 인체에 유해한 유기물을 사용하기 때문에 이를 처리하기 위해 추가적인 비용을 부담할 수밖에 없으며, 합성 조건 또한 매우 까다롭다.

연구팀이 응용한 스퍼터 공정은 반도체 제조과정 중 금속 박막을 입히는 기술인데, 플라즈마를 이용해 큰 금속을 깎아 나노입자로 만들어 기판 위에 증착해 박막을 이룬다.

연구진은 이 공정에서 플라즈마에 의해 나노입자화 된 금속이 박막으로 변화하는 것을 막는 특수한 기판인 ‘글루코스’를 사용해 나노입자를 얻어낼 수 있었다.

이 합성법은 화학반응이 아닌 플라즈마를 활용한 물리적 증착 원리를 이용했기 때문에 기존 화학적 합성법의 문제점을 극복하고, 간단한 방법으로 금속 나노입자를 합성할 수 있게 됐다.

연구팀이 백금-코발트-바나듐 합금 나노입자 촉매를 합성해 수소연료전지 전극을 위한 산소 환원 반응용 촉매에 적용한 결과, 수소연료전지용 촉매로 상용화된 백금과 백금-코발트 합금 촉매보다 각각 7배와 3배 높은 촉매 활성을 보이는 것으로 나타났다.

유성종 박사는 “이번 연구를 통해 금속 나노입자가 필요한 모든 연구에 적용할 수 있는 신개념의 합성법을 개발해 수전해, 태양전지, 석유화학 등 금속 나노입자가 필요한 모든 분야의 연구에 활용할 수 있게 됐다”며 “지금까지 구현이 어려웠던 새로운 구조의 합금 나노입자를 수소연료전지를 비롯한 친환경 에너지 기술에 적용해서 완전한 수소경제 안착과 탄소중립 기술 개발에 힘쓰겠다”고 말했다.