| 초록 |
수소 가스는 공기 중 4% 이상의 농도에서 불꽃, 전기 충격 등에 의해 점화할 수 있으므로 수소 누설 검지를 위한 수소 센서가 수소 사용 시스템에 필수적이다. 그러나 기존 전기식 센서는 필수적으로 외부 전원 공급과 이의 전기식 연결이 필요하기 떄문에 사용처에 적용이 제한적이며 가격이 상대적으로 높고 제어되지 않은 정전기적 스파크에 의한 수소 점화의 위험성 등이 있다. 이러한 전기식 센서와 달리, 공급 전원 없이 화학적 착색 방식에 의해 육안으로 쉽게 수소 노출을 감지할 수 있는 착색식 수소센서 기술에 대한 관심이 증폭되고 있다. 최근 보고된 바에 따르면, MoO3 및 WO3 계통의 전이금속 산화물은 실온에서 환원 가스를 검출하는 물질이며, 그 중 MoO3 는 10분 안에 H2 gas의 누출을 감지하여 가스 센서로 그 응용이 크게 기대된다. 그러나, MoO3 는 수소 노출 반응 후에 회복속도가 매우 느린 비가역성 센싱 형태를 보이는 것이 일반적이며 이에, 그 활용도가 제한이 있다. 본 연구에서는 활성 착생층을 MoO3 기반으로 하여 감도가 우수하고 동작온도가 낮으며 반응속도와 회복속도가 빠른 착색식 H2 가스 센서를 제작하기 위한 새로운 다층구조 합금 촉매를 제안한다. 우선, RF Magnetron sputtering을 이용하여 유리 기판에 약 300nm의 MoO3 박막을 증착하였다. H2 가스의 해리 반응을 위한 촉매 금속은 E-beam evaporator 공정으로 Pt-Ni 다층 박막을 제작하였으며 Pt-Ni 증착 공정을 활용하여 Pt/Ni/Pt의 샌드위치 타입으로 증착 되도록 한다. Field effect transmission electron microscope (FE-TEM)에 의해 다층 박막에서 Pt, Ni, Pt 각각의 증착에 따른 핵생성 메커니즘을 규명하였다. 제작 된 MoO3/Pt-Ni 센서는 실온에서 N2 gas로 희석된 H2 가스를 투과율 10% 이상의 변화를 성공적으로 검출했다. H2 가스에 노출되면 30초 이내에 옅은 보라색에서 짙은 남색으로 변하는 현상을 통해 가시적인 색 변화로 즉각적인 가스 누출 여부를 파악할 수 있었으며 회복은 60초 안에 일어났다. 이러한 특성은 Pt나 Pd 단일 촉매 금속을 MoO3에 적용한 결과 (완전 회복이 일어나지 않음)에 비해 상당한 가역적 특성으로의 전환을 보여주고 있다. 이는 Pt-Ni 이중층 촉매에서 Ni이 조 촉매의 역할을 하여 수소의 흡*탈착 반응에너지의 변화를 초래했기 때문으로 사료된다. |
