[한국기술뉴스] 경희대학교 화학과 김주훈 교수 연구팀은 수소 생성반응의 촉매를 활성화시키는 캡슐 나노입자를 개발했다. 개발된 기술은 경희대학교 산학협력단을 통해 2021년 02월 08일 특허를 출원(출원번호 제1020210017905호)했다. 특허 명칭은 '덴드리머-캡슐화 나노입자를 포함하는 수소 생성반응 촉매’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

덴드리머는 구조적으로 잘 정의된 거대분자입니다. 정확한 분자량과 구조를 예측하여 합성함으로써 나노 크기의 입자 형성이 용이합니다. 일반적으로 복합체 덴드리머 내의 금속이온과 복합이온의 화학적 환원으로 인해 나노입자가 생성됩니다. 덴드리머-캡슐화 나노입자의 크기와 조성은 덴드리머에 복합된 금속이온의 비율과 종류를 선택함으로써 정교하게 제어될 수 있습니다. 또한 덴드리머 내부의 금속이온의 착화 및 환원 과정을 조절함으로써 제어될 수 있습니다.

덴드리머-캡슐화 나노입자의 금속원자의 수는 일반적으로 250개 미만으로 제한됩니다. 이는 덴드리머-캡슐화 나노입자의 활용 범위를 축소하는 문제점이 있습니다. 이에 덴드리머 내부의 나노입자 중 원자의 수를 늘릴 수 있는 신규한 방법이 필요한 실정입니다.

경희대학교 김주훈 교수 연구팀은 덴드리머 내부의 백금 원자의 수와 나노입자의 크기가 제어된 덴드리머-캡슐화 백금 나노입자의 제조 방법을 발명했습니다.

덴드리머 수용액에 구리 전구체 및 백금 전구체를 용해시켜 덴드리머와 구리 이온, 백금 이온을 포함하는 용액을 제조합니다. 제조된 용액에 염기를 첨가하여 덴드리머의 내부에 구리 이온을 착화시킵니다. 이후 환원제 및 산을 첨가하여 백금 이온 및 착화된 구리 이온 간에 반복적으로 결합된 화학적 환원반응과 갈바닉 교환반응을 유도합니다.

반복적으로 결합된 화학적 환원반응과 갈바닉 교환반응을 이용함으로써 비대화된 덴드리머-캡슐화 백금 나노입자를 합성할 수 있습니다. 즉, 백금 나노입자가 가지는 크기의 한계를 극복하여 더욱 넓은 크기의 백금 나노입자를 합성할 수 있습니다.

연구팀은 본 발명의 덴드리머-캡슐화 기술을 활용하여 나노입자에 백금과 팔라듐 합금을 합성 제조하여 수소 생성반응 촉매를 제조했습니다. 나노입자 조성만을 변경함으로써 촉매 활성을 제어 또는 개선할 수 있습니다. 또한 촉매 나노입자의 크기와 조성, 산화상태를 정교하게 조절할 수 있습니다.

본 발명의 수소 생성반응 촉매는 탈수소화 반응 촉매 활성이 우수하여 수소 자동차 등에 사용되는 수소연료 생산을 위한 촉매로 활용도가 높을 것으로 기대됩니다.