이산화질소(NO2)에 높은 반응도를 보이는 환경가스 센서 개발 

자연과학대학 물리학과 김문덕 교수 연구팀이 합성된 나노리본 모양의 2차원 흑연질화탄소(g-C3N4)와 langasite 표면탄성파 기판을 이종접합해 우수한 특성의 상온 동작 이산화질소 가스 센서를 개발했다.

이번 연구 결과는 국제적인 학술지 ‘Sensors and Actuators B: Chemical’(IF: 8.4, 상위 1.59 %)에 8월호 온라인판으로 게재됐다. 이번 연구는 Pasupuleti Kedhareswara Sairam 연구원(제1저자)과 박나현 연구생(공동저자)이 김문덕 교수(교신저자)의 지도를 받아 진행됐다.(논문 제목 : UV light activated g-C3N4 nanoribbons coated surface acoustic wave sensor for high performance sub-ppb level NO2 detection at room temperature)

주로 자동차로부터 발생하는 유해가스 중 하나인 이산화질소(NO2)는 대기오염으로 인한 사망률 증가에 기여하는 요인 중 하나로써 세계 연구팀들은 낮은 이산화질소 가스 농도에서도 높은 감도를 갖는 검출기 개발에 집중하고 있다.

김문덕 교수 연구팀은 이번 연구에서 이산화질소(NO2) 검출기 개발을 위한 촉매제로써 상온 환경 유해 가스 감지 분야 응용에 활용되고 있는 2차원 흑연질화탄소(2D g-C3N4) 물질에 주목했다. 

연구팀은 표면탄성파(surface acoustic wave, SAW) 성질이 우수한 langasite (LGS) 기판과 나노리본(nano-ribbon) 모양 2차원 흑연질화탄소 (2-Dimensional g-C3N4, 2D GCN) 촉매제의 이종접합구조 소자를 설계하고, UV광 에너지 (λ∼365nm)를 적용해 이산화질소(NO2)에 높은 감도를 보이는 환경 가스 센서를 제작하는 데 성공했다.

김문덕 교수는 “그간 학생들이 노력한 연구 결과가 우수 국제 저널에 게재됨으로써 환경가스 센서 분야의 연구력을 인정받았다는 점을 기쁘게 생각한다”며, “이번 연구에서 제안한 이차원 흑연질화탄소와 융합된 표면탄성파 소자(2D GCN/LGS SAW device)는 이산화질소(NO2) 가스 감지 분야에 다목적 플랫폼으로 활용될 것으로 전망된다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국산업기술진흥원과 한국연구재단(중점연구, 양자제어물성연구소, BK21 Four)의 지원을 받아 수행됐다.