한국과학기술원(KAIST)은 김일두 교수 연구팀이 미국 캘리포니아 대학 어바인 캠퍼스 화학과 페너 교수와의 공동 연구를 통해 대기 중 1% 수준 농도의 수소가스를 상온에서 7초 이내에 검출할 수 있는 초고속 센서를 개발했다고 26일 밝혔다.
이 기술은 금속유기구조체가 코팅된 팔라듐 나노와이어 어레이 기반의 초고속 수소가스 감지소재로 향후 수소 자동차 등 다양한 분야에서 활용 가능할 것으로 보인다.
수소가스는 친환경 차세대 에너지원으로 주목받지만 작은 스파크에도 폭발을 일으킬 수 있는 위험한 가연성 물질로 폭발 하한계는 대기 중 4%로 무색, 무취의 수소가스를 빠르게 검출할 수 있는 센서의 중요성이 커지고 있다.
연구팀은 수소의 선택적 투과가 가능한 금속유기구조체를 팔라듐 나노와이어 어레이 위에 결합했다.
이 금속유기구조체는 각각 0.34nm와 1.16nm의 아주 작은 구멍들로 구성된 표면적이 매우 높은 다공성 물질이다.
수소는 상온에서 0.289nm의 운동지름을 갖기 때문에 0.34nm의 구멍보다 작아 금속유기구조체 내부를 쉽게 통과할 수 있다.
하지만 0.34nm보다 큰 가스들은 금속유기구조체 내부를 투과하기 어렵다.
연구팀은 이 원리를 통해 수소가스만을 선택적으로 투과하는 데 성공했고, 팔라듐 나노와이어와 수소가스의 반응을 촉진시켜 초고속으로 수소가스를 감지할 수 있음을 확인했다.
김 교수는 “개발된 초고속 수소가스 센서는 친환경 에너지원인 수소가스의 누출로 인한 사고 예방에 큰 도움을 줄 것”이라며 “금속유기구조체 기반 분자 필터링 기술을 활용해 대기 중 수많은 유해 가스를 초고성능으로 정확히 감지할 수 있는 고속 센서 소재 개발이 가능해 졌다”고 말했다.
[충남일보 이훈학 기자]
저작권자 © 충남일보 무단전재 및 재배포 금지