분석과학기술대학원

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분석과학기술대학원(GRAST) 배제현 교수팀이 나노다공성 백금 물질을 사용해 반응물의 흡착에 기초함으로써 전기화학반응의 선택성을 높이는 기술을 개발했다.  

이번 연구성과는 분석화학 분야 최고 권위 학술지 ‘Analytical Chemistry’(IF:7.4, 상위:8.3%)에 게재됐다. 이번 연구는 분석과학기술대학원 양현주 씨(2022년 박사 수료)가 제1 단독 저자로 참여하고, 김진주 씨(석사과정)가 제2저자, 배제현 교수가 단독 교신저자로 참여했다. 

※ 논문 제목: Selectivity of Electrochemical Reactions Based on Adsorption at Nanoporous Electrodes 

화학반응의 선택성을 증가시키는 것은 촉매와 센서 연구에서 가장 중요한 연구 테마 중 하나로 오래 전부터 전기화학반응을 선택적으로 제어하기 위해 전기촉매의 결정면을 제어하거나 합금을 사용해왔으며, 최근에는 주변 환경이 제어된 금속 단일원자 촉매 설계 및 제작 방식을 도입하는 등 다양한 연구가 진행되고 있지만, 정교한 촉매 표면 엔지니어링 기술이 요구되는 한계점이 있다.

이에 배제현 교수팀은 전기화학반응의 선택성을 높이기 위한 기존의 복잡한 과정을 거치지 않고도 1~2nm 크기의 극도로 작은 구멍을 가진 나노다공성 백금을 사용해 반응물질의 흡착을 제어함으로써 나노다공성 전극 구조로 인해 전기화학 반응성을 제어하는 기술을 새롭게 개발했다. 

나노 갇힌 공간 안에서는 반응물질이 전극에 충돌하는 횟수 증가로 인해 반응성이 향상된다. 따라서, 반응물질이 흡착이 잘 안될수록 반응을 일으키기 위해 반응물질을 나노 공간에 가두면 유리하다. 이는 평활전극에서 반응물의 흡착이 적당히 잘 될수록 반응이 잘 일어나는 것과 반대되는 개념이다.

배제현 교수는 “이번 연구는 나노스케일의 갇힌 공간 전극 구조로 반응의 선택성을 야기할 수 있는 새로운 메커니즘을 제시한 데에 의미가 크다”며, “산업체에서 나노다공성 전극이 많이 활용되고 있는데, 전극을 설계 및 효율적으로 활용하는데 통찰을 제시할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다. 

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 기초연구 사업(기본연구), 교육부의 이공분야 학문후속세대양성사업-박사과정생 연구장려금 지원사업과 과학기술일자리진흥원의 연구장비분야 전문인력양성사업의 지원을 받아 수행됐다.