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화석에너지의 고갈 및 원자력 에너지의 기피 등으로 수소에너지를 이용한 발전과 수소 자동차 등의 도입이 불가피한 실정이다. 그러나 수소는 매우 원자가 작아서 누설에 의한 폭발 위험성이 크기 때문에 수소의 생산, 저장, 운반, 이용에 있어서 철저한 관리가 필요하다. 이를 위해 다양한 종류의 수소가스 감지용 센서가 개발되어 있다. 이 중에서도 종래의 반도체식 가스센서는 저농도 누설 수소의 감지가 용이하고 가격이 저렴하다는 점에서 수소가스 누설 감지 센서로 각광을 받고 있다. 하지만, CO와 같은 타 가스와도 반응하여 수소가스에 대한 선택성이 부족하다는 단점을 가지고 있었다.
이러한 기존의 반도체식 수소가스 센서의 단점을 획기적으로 개선할 수 있는 '고활성 고선택성 수소가스 감지물질'을 유연태 교수(공대 신소재공학부 정보소재공학전공)와 투엉 반 트란(Tuong Van Tran) 박사과정생이 개발해 나노재료 및 촉매 분야의 세계적 저널인 『Chemical Engineering Journal (Impact factor : 16.744)』 2024년 3월호(Vol. 483)에 논문이 게재됐다. 해당 논문의 제목은 「Alloy core composition effect of Pd-Augr-alloy@ZnO core–shell nanoparticles on hydrogen gas sensing performance」다.
유 교수 연구팀이 개발한 수소가스 센서용 감지물질은 코어(core)-쉘(shell) 구조의 구상형 나노입자로서, 코어 부분은 수소가스에 대한 선택성을 획기적으로 향상시키기 위해 수소저장합금인 Pd-Au 합금 나노입자를, 쉘 물질로는 반도체 물질인 산화아연(ZnO) 나노입자를 적용하여 수소가스에 대한 반응성 및 선택성(CO의 26배, 메탄가스의 15배, 에탄올의 13배)을 동시에 향상시킨 것이다. 이 나노소재를 활용하면 저렴하면서도 수소가스에 대한 선택성이 높은 반도체식 가스센서의 개발이 가능하다.
유연태 교수는 “alloy@MOS(Metal Oxide Semiconductor) 코어-쉘 구조 나노입자는 반도체식 가스센서의 수소 선택성을 향상뿐만 아니라 물분해로 부터 수소를 생산할 수 있는 고효율 광촉매로도 활용이 가능한 나노소재이기 때문에 앞으로의 연구가 더욱 기대된다“고 연구 의의를 설명했다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업, BK21-FOUR 사업(스마트 전자정보재료 인재양성팀, 팀장 유연태) 등의 지원을 받아 수행되었다.
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