국내 연구진이 고효율 연료전지 촉매로 쓸 수 있는 금 박막을 개발했다. 이 재료는 기존의 백금 촉매와는 달리 일산화탄소 흡착에 의한 성능 저하가 일어나지 않아 저비용 고효율 연료전지 개발을 앞당길 수 있을 것으로 보인다.

한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구센터 김상훈 박사와 기초과학연구원(IBS) 나노물질·화학반응 연구단 박정영 교수 연구진은 19일 "나노구조화한 금 박막에 금속산화물 입자를 입혀 촉매 반응 효율을 향상시키는 원리를 규명했다"고 밝혔다.

통상 과학계에서 금 나노 입자는 활성이 높아 고효율 촉매 물질로 인정받고 있다. 일반 촉매를 사용하면 일산화탄소의 산화 반응이 최소한 섭씨 100도를 넘어야 일어나는 데 비해 1~3nm(나노미터) 정도의 금 입자는 같은 반응을 영하 온도에서도 일어나게 할 정도로 활성이 높기 때문이다.  

연구진은 이같은 금 나노 입자의 한계를 극복하기 위해 100nm 정도 두께의 얇은 금 박막을 개발했다. 나노 금 박막은 박막의 한쪽 끝을 장치에 연결하면 바로 전극으로 사용할 수 있기 때문에 전극이나 촉매가 필요한 장치에 바로 쓸 수 있다. 

기존 연료전지에 쓰이는 백금 촉매는 일산화탄소 흡착이 매우 잘 일어나 촉매 성능이 급격히 낮아지는 '일산화탄소 피독' 문제가 있었다. 금은 이러한 성질을 갖고 있지 않아 연료전지용 촉매로서 장점이 있는데 문제는 금 박막 자체의 촉매 성능이 그리 높지 않다는 것이었다.

그래서 연구진은 이 문제를 해결하고자 금속 산화물인 이산화티타늄 입자를 금 박막에 뿌리는 방법을 고안, 촉매활성을 최대 5배 높이는 성과를 거뒀다.

KIST 김상훈 박사와 IBS 박정영 교수는 "현재 촉매로 쓰이는 백금의 가격이 연료전지 가격에 미치는 영향이 매우 크다"면서 "이번 연구로 금이 백금 촉매를 대체할 가능성을 발견했고 복잡한 구조의 금 박막재료가 수소산화 반응에 어떻게 촉매로 작용하는지 원리를 밝혔기 때문에 앞으로 고효율의 연료전지를 개발하는 데 도움이 될 것"이라고 말했다.

이 연구 결과는 지난 11일 발간된 세계적 과학저널 '케미컬 커뮤니케이션(Chemical Communications)'지 온라인판에 표지논문으로 게재됐다.