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정성용 교수(왼쪽), 서강대 장지현 교수. |
메탄올은 산업용 용매, 연료, 세정제 등 다양한 용도로 사용되지만, 극미량만 흡입하거나 섭취해도 실명이나 사망을 초래할 수 있어 정밀한 검출이 필수적이다. 그러나 기존 산화물 기반 가스센서는 메탄올과 화학적으로 유사한 반응성의 에탄올 및 포름알데하이드를 명확히 구별하기 어려워 실용화에 한계가 있었다.
정성용 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 CeO2(산화세륨) 촉매층을 적용한 이중층 가스센서를 개발했다. 연구진이 개발한 센서는 높은 감도(저항비 = 3.5), 낮은 검출 한계(0.021 ppm), 빠른 반응 속도(4.0초) 및 장기간 안정적인 성능 유지 등의 뛰어난 성능을 나타냈다. 특히, CeO2 필터가 고반응성의 방해가스를 효과적으로 산화 제거하면서 메탄올만 선택적으로 검출(선택성 > 16.8) 할 수 있도록 설계됐다.
이번 연구는 기존 가스센서가 갖는 낮은 선택성의 한계를 뛰어넘는 새로운 개념의 고선택성 가스센서 설계 기술을 제안한 것으로, 환경 모니터링, 산업 공정 안전 관리, 실내 공기질 측정, 의료 진단을 위한 호기 분석 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.
정 교수는 “이번 연구는 기존 센서의 한계를 극복하여 메탄올을 높은 선택성으로 검출할 수 있는 혁신적인 가스 센서를 제안했다는 점에서 큰 의미가 있다”면서, “향후 산업 현장뿐만 아니라 실내 공기질 모니터링, 휴대용 센서, 환경 안전, 의료 진단 등 다양한 응용 분야에서 널리 활용될 것으로 기대된다”고 말했다
이번 연구는 교신저자인 정성용 교수(국립공주대 신소재공학부)의 주도하에 진행되었으며, 장지현 교수(서강대 화학과)가 공동 교신저자로 참여했다.
이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원 사업, 한국산업기술진흥원 산업혁신인재양성사업, 대학기초연구소사업(G-램프) 사업 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 세계적 학술지 Chemical Engineering Journal 최신호에 게재됐다.
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