환경가스 센서 분야 우수 연구력 입증

자연과학대학 물리학과 김문덕 교수 연구팀이 국제 유명 저널에 논문을 게재하며 환경가스 센서 분야의 우수 연구력을 입증했다.

이번 연구 결과는 국제적인 학술지 ‘ACS Materials Letters’(IF:11.4)에 10월 2일 게재됐다. 이번 연구는 Pasupuleti Kedhareswara Sairam 연구원(제1저자)이 김문덕 교수(교신저자)의 지도를 받아 진행됐으며, 신소재공학과 윤순길 교수와 분석과학기술대학원 김영헌 교수 연구팀이 공동으로 참여했다.

※ 논문 제목: ZnO@Ti3C2Tx MXene Hybrid Composite-Based Schottky-Barrier-Coated SAW Sensor for Effective Detection of Sub-ppb-Level NH3 at Room Temperature under UV Illumination

암모니아(NH3) 가스는 화학 제품, 비료 제조 및 농업 분야 등 광범위하게 활용되고 있지만, 인간의 건강과 생태계의 지속 가능성에 심각한 문제를 일으키는 환경가스로 NH3 가스 검출 연구에 대한 필요성이 논의되고 있다.

이에 공동 연구팀은 이번 연구에서 2차원 MXene(Ti3C2Tx)와 ZnO 나노입자를 결합한 하이브리드 쇼트키 이종접합구조의 촉매를 합성한 뒤 표면탄성파(surface acoustic wave, SAW) 성질이 우수한 langasite(LGS) 기판에 적용한 가스센서를 설계 및 작동 구현했다.

연구팀이 개발한 가스센서는 ppb 수준의 저농도 암모니아(NH3) 가스에도 큰 반응도를 보였으며, UV 광 에너지(λ=365nm)를 받으면 더욱 높은 감도 및 빠른 반응을 보였다.

김문덕 교수는 “소자의 향상된 광전기적 특성, 풍부한 작용기, 쇼트키 장벽으로 인해 더 많은 활성 흡착 부위가 생성돼 암모니아 가스 검출 성능을 높일 수 있었다”며, “이번 연구 결과는 NH3 가스 감지 분야에서 다목적 플랫폼으로 활용 가능할 것으로 전망된다”고 말했다.

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

□ 논문 링크: https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.3c00698