산화 그래핀 대량 생산해 산소만 선택적으로 제거하는 방식

울산과학기술원(UNIST)은 전기가 잘 통해 전자 재료로 쓸 수 있는 수준의 고품질 그래핀(Graphene)을 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

UNIST에 따르면 에너지화학공학부 장지현 교수 연구팀은 탄소 가스 배출 없이 고품질 그래핀을 대량으로 생산할 수 있는 촉매 환원법 기반 기술을 개발했다.

그래핀은 탄소 원자가 육각형 벌집 구조로 결합한 평판형 물질로, 전선 재료인 구리보다 전기가 더 잘 통할뿐만 아니라 투명하고 유연해 새로운 전극 소재로도 주목받고 있다.

그러나 전자 재료로 쓸 만큼 전기전도도가 우수한 고품질 그래핀을 대량으로 합성하기는 쉽지 않다.

증기 상태 그래핀 원료를 금속 기판 위에 하나씩 이어 붙여 얻는 수준의 방식(CVD·Chemical Vapor Disposition)은 대량 생산이 어렵고, 산화 그래핀을 환원시켜 합성하는 방식은 대량 생산은 쉽지만 품질이 떨어진다.

연구팀이 개발한 기술은 산화 그래핀 환원 방식이면서도 뛰어난 전기전도도를 갖는 고품질 그래핀을 생산할 수 있다는 것이 장점이다.

연구팀은 합성하기 쉬운 산화 그래핀을 대량으로 만든 뒤, 산화 그래핀의 산소를 제거해(환원) 고품질 그래핀을 얻는 방식을 사용했다.

산소만 선택적으로 제거할 수 있는 산화구리철 촉매를 써서 그래핀 구성 원소인 탄소가 같이 제거되고 탄소 가스가 배출되는 기존 문제를 해결했다.

연구팀이 개발한 합성법으로 만든 그래핀의 전기전도도는 CVD 공법 생산 그래핀과 비교하면 8배 이상 높았고, 기존 산화 그래핀 환원 방식과 비교하면 246배 향상됐다.

장 교수는 "이산화탄소 변환 촉매로 비교적 낮은 온도에서 산화 그래핀을 고품질 그래핀으로 탈바꿈시키는 기술을 최초로 선보였다"며 "상용화된다면 고부가가치 물질인 고품질 그래핀을 값싸고 대량으로 생산할 수 있어 가치가 높다"고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지인 '에이시에스 나노'(ACS Nano)에 7월 2일 자로 공개됐다.

연구는 한국연구재단 중견연구자 지원 사업과 온사이트 수소충전소를 위한 광전기화학 수소생산기술 및 시스템 개발 사업, 기초과학연구원의 지원을 받아 이뤄졌다.

/연합뉴스