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기초과학지원硏, 고감도·저비용 페놀 검출기술 개발

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  • 대전=허재구 기자
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  • 2019.03.07 14:06
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값비싼 금촉매 대체기술로 '주목'

한국기초과학지원연구원(KBSI) 환경·소재 분석본부 김해진 박사 연구팀은 인하대학교 허윤석 교수 연구팀과 공동연구를 통해 유독성 물질인 페놀류를 현장에서 즉시 검출할 수 있는 고감도·저비용의 전기화학 촉매를 개발했다고 7일 밝혔다.

지난 1991년 낙동강 페놀 유출사건으로 유명한 페놀은 피부에 닿는 것만으로도 치명적인 독성물질로 심한 악취가 나고 무색이다. 검출시 주로 금(金)을 촉매로 사용한다.

전자이동에 유리한 1차원 반도체 나노구조에 광증착 공정을 이용, 금 나노입자를 균일하게 접합시키고 전기화학촉매로 응용한 모식도./자료제공=한국기초과학지원연구원
전자이동에 유리한 1차원 반도체 나노구조에 광증착 공정을 이용, 금 나노입자를 균일하게 접합시키고 전기화학촉매로 응용한 모식도./자료제공=한국기초과학지원연구원
하지만 연구진은 반도체(ZnS, 황화아연) 나노막대에 금 나노입자를 입힌 복합체를 활용, 금촉매의 8% 분량의 금만 사용하면서도 25배나 감도가 뛰어난 촉매를 만들어 낸 것.

나노막대는 면(面)이 아닌 선(線) 구조를 지녀 복합체로 만들었을 때 전기 신호가 한 방향으로 빠르게 이동할 수 있어 감도가 좋고 사용 후 검출능력의 회복도 빠른 전기화학 촉매로 활용이 가능하다.

연구팀은 나노막대와 금 이온 수용액에 태양빛을 쬐어주는 광증착 공정만으로 금 나노입자를 반도체 표면에 직접 접착시켜 화학적 용매의 사용을 최소화 하는 친환경 공정으로 이 촉매를 개발할 수 있었다.

이렇게 제작된 촉매는 페놀류의 독성물질과 반응시 전자를 페놀류에게 내어주며 산화/환원 반응이 일어난다. 이때 생성되는 전류 값을 읽어내는 원리로 독성물질인 페놀류를 고감도로 검출할 수 있다고 연구진은 설명했다.

김해진 박사는 "실제 이 촉매를 활용, 주변 오염수를 대상으로 실험을 진행한 결과 다양한 페놀류의 이온 및 독성 물질 후보군들을 검출해 촉매의 높은 감도 및 신뢰도를 확인했다"고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 화학·환경 분야의 권위적인 학술지인 'ACS Sustainable Chemistry & Engineering'지 2월 18일자 표지논문에 게재됐다.



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