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카본나노월(CNW)의 구조·물성·응용

전문가 제언: ○ 카본재료는 요즈음 상당히 많은 진전을 이루고 있다고 여겨진다. C60의 풀러렌(fullerene)이 발견되고, 2010년도의 노벨 물리학상이 그라핀(graphene)을 제조하고 연구한 영국 켐브리지대의 Novoselov와 Geim에게 돌아갔다. 여러 가지의 금속이나 반도체 재료가 CNT나 CNW 등 카본나노재료로 바뀌어가고 있는데, 그것은 이들 재료가 강철보다 강하고 구리보다 훨씬 높은 전기전도도를 보여주기 때문이다.

○ 카본재료에 대해서는 많은 연구보고가 있다. 카본재료로서 가장 많은 그라파이트는 2차원의 강한 반금속이며, 이에 대하여 다이아몬드는 높은 저항의 절연체이다. 또 풀러렌을 구성하고 있는 분자결정은 반도체이다. 다음으로 그라파이트의 층간이나 풀러렌의 분자 사이에 알칼리 금속을 도입하면 저온에서 초전도체로 되는 것으로 알려져 있다.

○ 이 글에서 응용에 대한 기술로 연료전지의 전극재료에 Pt/CNW를 도입하는 것을 설명하고 있다. 연료전지의 전극재료로는 양자전해질막 연료전지(PEMFC)의 경우, Pt촉매가 가장 우수한 전국재료로 나타나 있다. 그러나 지구상에 존재하는 Pt자원은 한계가 있는데, 이를 대체할 수 있는 재료연구가 많이 이루어지고 있으나, Pt의 성능을 상회하는 재료의 탐색이 어려운 상황으로, 아직까지는 우수한 재료가 나타나지 않는 상황이다.

○ 이에 대하여 연구자들은 Pt 대체촉매를 도출하든가, 아니면 Pt 담지재료로 Pt에 첨가하여 Pt의 사용량을 줄이면서 성능향상을 높이는 시도이다. 여기에 좋은 결과를 주고 있는 것이 카본재료를 Pt에 담지하는 방법인데, 나노카본구조와 다공성 및 전도성이 우수한 카본물질과 합쳐 ESCA(전기화학적 활성 표면적)와 GSA(기하학적 총표면적)을 Pt이용률이 높은 방향으로 제조하는 것이다.

○ 국내의 카본재료 연구는 서울대 물리학과가 괄목할만한 연구를 하고 있고, 다른 연구기관의 연구와 태광 같은 기업에서 생산하고 있기도 하다. 연료전지의 Pt담지 카본촉매는 KIST, KIER 등과 대학과 기업에서도 연구 진행 중이다.

저자: M. Tachibana et, al.
자료유형: 학술정보