국내 연구진이 빛으로 0.02초 만에 3000도의 초고온을 구현하는 기술을 개발했다. 이를 응용해 수소 생산 효율을 기존 대비 6배 높이는 촉매 신소재를 만드는 데도 성공했다.
한국과학기술원(KAIST)은 김일두 신소재공학과 교수와 최성율 전기및전자공학부 교수 연구팀이 강력한 빛을 짧게 쬐는 것만으로 고성능 나노 신소재를 합성하는 ‘직접 접촉 광열 처리’ 합성 플랫폼을 개발했다고 21일 밝혔다. 연구성과는 미국화학회(ACS)가 발간하는 국제 학술지 ‘ACS 나노’ 9월호에 속표지로 게재됐다.
연구팀은 빛을 열로 전환하는 광열효과를 응용해 빛을 0.02초 비추는 것만으로 온도를 3000도까지 올리는 데 성공했다. 또 이 기술을 활용해 ‘나노다이아몬드’를 전기가 잘 통하는 고성능 탄소 소재인 ‘탄소 나노어니언’으로 바꾸는 데 성공했다. 탄소 나노어니언은 표면에 금속 원자를 하나하나 달라붙게 하는 특성을 가져 촉매로서의 효율이 높은 것으로 나타났다. 촉매는 화학반응을 촉진시켜주는 물질이다.
이 촉매를 수소 생산 반응에 적용했더니 생산 효율이 기존보다 최대 6배 높아졌다. 또 탄소 나노어니언은 원래 에너지 소모가 큰 열선으로 가열하는 기존 열처리 방식을 거쳐야 했는데 이번 신기술을 통해 에너지 소모량을 1000분의 1로 크게 줄이는 데도 성공했다.
김 교수는 “강한 빛을 0.02초도 안 되는 짧은 시간 동안 조사해 3000또까지 상승시키는 직접 접촉 광열 처리 기술을 최초로 구현했다”며 “기존 열처리 대비 에너지 소비를 1000배 이상 줄인 초고속 합성 단일원자 촉매 기능화 통합 공정은 수소 에너지, 가스 센서, 환경 촉매 등 다양한 응용 분야의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다”고 말했다.
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