나노기술 및 정책 정보

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  연료전지는 미래 자동차의 동력원이기는 하나 단지 가능성만으로는 충분하지 않다. 즉 실용화 과제가 아직 남아 있는 상황이다. 코넬대학 연구진들이 최근 적은 비용으로 연료전지용 전기촉매 물질을 합성하는 새로운 방법을 개발했다.
  미국화학회지(Journal of the American Chemical Society) 11월 24일 온라인 판에 발표된 연구내용은, 상온의 연료전지에서 전기촉매반응을 유도하는 나노입자의 간단한 제조방법을 설명하고 있다.
  연료전지는 화학 에너지를 전기에너지로 직접 변환하며, 수소와 같은 연료를 산화시키는 양극과 산소를 물로 환원시키는 음극 및 이들 전극을 분리하는 고분자 멤브레인으로 구성된다. 오늘날 생산되는 연료전지 자동차는 음극에서의 산소환원반응 활성화를 위해 순수한 백금을 사용한다. 백금이 현재로서는 가장 효과적인 산소 환원반응 촉매이기는 하지만, 활성이 제한되어 있으며 희귀금속이고 또한 고가이다.
  코넬대 연구진이 개발한 나노입자는 매우 저렴하여 순수 백금을 대체할 수 있다. 이 물질은 팔라듐 및 코발트 코어로 이루어지고, 단일원자 두께의 백금층으로 코팅되었다. 비록 백금보다 우수한 촉매는 아니지만, 팔라듐은 백금과 유사한 특성을 가지고 있는 반면 (원소 주기율표에서 같은 그룹에 속하며, 동일한 결정구조 및 유사한 원자크기를 가진다), 비용은 백금의 30% 정도이고 지구상에서 50배나 더 풍부하다.

  화학 및 화학 생물학과 교수인 Héctor D. Abruña가 이끄는 연구진들은 탄소 기재 위에 나노입자를 제조하였고, 팔라듐-코발트 코어를 자기조립을 통해 생산함으로써 제조비용을 절감했다. Abruña 교수 실험실의 박사 후 연구원이며 논문 제1 저자인 Deli Wang 박사가 실험 설계 및 나노입자 합성 책임을 맡았다.
  코넬대 응용물리학과 교수이며 나노과학 Kavli 연구소 (Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science) 책임자인 David Muller 교수는, 나노입자의 화학적 조성과 분포를 입증하고 촉매반응의 효과를 증명하기 위해서 입자들을 원자 해상도로 이미징하는 업무를 담당했다.
  “기재의 결정구조, 나노입자의 조성 및 공간 분포는 백금이 얼마나 우수하게 기능을 발휘하는지를 결정하는데 중요한 역할을 한다.”고 Muller 교수 실험실 대학원생인 Huolin Xin이 말했다.
  본 연구는 미국 에너지부가 지원하는 Energy Frontiers Research Center 프로그램의 일환인 코넬의 Energy Materials Center 의해 재정지원을 받았다. 연구진들은 또한 Cornell Center for Materials Research의 장비를 사용했다.

발표논문: Deli Wang, HuolinL. Xin, Yingchao Yu, Hongsen Wang, Eric Rus, David A.Muller, and Héctor D. Abruña,
“Pt-Decorated PdCo@Pd/C Core Shell Nanoparticles with Enhanced Stability and Electrocatalytic Activity for the
Oxygen Reduction Reaction”, J.Am. Chem. Soc., Article ASAP, DOI: 10.1021/ja107874u, Publication Date (Web): November 24, 2010