연세대학교(총장 윤동섭) 신소재공학과 이우영 교수(사진 왼쪽)와 화공생명공학과 김대우 교수(사진 오른쪽)연구팀이 공동 개발한 고감도·고선택성 전기화학 가스센서 제조기술이 ‘2024년 국가연구개발 우수성과 100선’에 선정됐다.
이번에 개발된 센서는 초미세 농도의 NO₂ 가스를 선택적으로 감지할 수 있는 성능을 갖춰, 자동차 배기가스 및 산업 공정에서 발생하는 유해 물질을 정밀하게 측정할 수 있는 기술적 토대를 마련했다. 특히, 이 센서는 0.6 ppb 이하의 NO₂ 농도에서도 감지할 수 있는 높은 민감도를 자랑하며, 150 ℃에서 안정적으로 작동해 에너지 효율성까지 확보했다. 또한 습도 환경에서 감지 성능이 두 배 이상 향상되는 특성을 보여 다양한 대기 조건에서도 정확한 측정이 가능하다.
이 연구는 절연성 금속유기구조체(ZIF-8) 표면에 2~3nm 두께의 산화물층(ZnO)을 코어-쉘 구조로 코팅해 전도성을 확보함으로써 전기화학적 가스 감지에 최적화된 센서로 설계됐다. 이와 같은 기술적 혁신으로 이번 연구가 기계∙소재 분야에서 우수성과로 선정되었다.
과학기술정보통신부와 한국과학기술기획평가원(KISTEP)이 주관하는 ‘국가연구개발 우수성과 100선’은 매년 사회에 기여도가 높은 R&D 성과를 엄선해 선정한다. 올해는 총 869건의 후보 중 최종 100건이 선정됐으며, 기계‧소재 분야 16건, 생명∙해양 분야 23건, 에너지∙환경 분야 22건 등이 포함됐다.
이우영‧김대우 교수팀은 "금속유기구조체 소재는 가스 분석에 뛰어나지만 전도성 조절의 어려움으로 전기화학적 가스 탐지에는 한계가 있었다"며, "이번 연구에서 개발한 개질 공법은 이 문제를 극복하고, ZIF-8을 포함한 다양한 금속유기구조체로 확장 가능성을 열었다"고 설명했다. 또한, "이 기술이 다양한 소재와 응용 분야에서 활용돼 환경 및 건강 보호에 기여할 수 있기를 기대한다."고 덧붙였다. 이번 성과는 호흡기 질환 조기 진단에 중요한 기술로 자리 잡을 가능성이 있으며, "천식, 만성 폐질환, 특정 염증성 질환 등 조기 진단이 필요한 다양한 건강 문제 해결에 기여할 것"이라는 기대를 밝혔다.
이우영 교수는 이번 우수성과 선정에 따라 과학기술정보통신부 장관 명의의 인증서와 현판을 수여받으며, 향후 과제 선정과 기관 평가에서도 가점을 받게 된다. 또한, 국가연구개발 성과평가 유공포상 후보로 추천되는 등 다양한 지원을 받는다.
한편, 이번 연구 성과는 세계적 학술지 Advanced Materials에 게재되며 국제적으로도 그 가치를 인정받았다.
-논문명: N-Carbon-Doped Binary Nanophase of Metal Oxide/Metal-Organic Framework for Extremely Sensitive and Selective Gas Response, Advanced Materials (2023년 12월 온라인 게재, 2023 IF=29.4) https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202309041
-저자 : 이우영(교신저자, 연세대 신소재공학과), 김대우(교신저자, 연세대 화공생명공학과), 민혜기(공동 제1저자, 연세대 KIURI연구단, 신소재공학과, UIUC), 권오찬(공동 제1저자, 연세대 화공생명공학과, UCB), 외 6명의 공동저자
