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폐수 속의 페놀을 빠르게 검출할 수 있는 탄소 나노튜브 기반의 전기화학적 센서

<KISTI의 과학향기> 제3294호

중국 하얼빈 공업대학(Harbin Institute of Technology)의 연구진은 저렴한 비-효소적인 페놀(phenol) 센서를 개발했다. 이 센서는 페놀에 대해서 고감도 감지가 가능하고 우수한 선택성을 보이며 재현성 및 안정성을 가지고 있다.
 
무전해 도금법에 의해 다중벽 탄소나노튜브 표면에 균일하게 분산된 니켈 나노입자는 페놀 감지에 우수한 능력을 가졌다. 또한 다중벽 탄소나노튜브의 우수한 전도성은 전극 계면에서의 전기 전달 속도를 증가시키고 응답 감도를 향상시켰다. 이러한 요소들 덕분에 배출된 폐수에서 페놀을 검출하는데 높은 감도와 빠른 응답 특성을 가졌다.
 
난분해성 유기 오염물질 중의 하나인 페놀은 폐수에서 보편적으로 존재한다. 환경오염물질을 관리한다는 관점에서 페놀 오염물질을 모니터링하고 통제하는 것이 중요하다.
 
이번에 개발된 페놀 검출용 전기화학적 센서는 휴대성, 저비용, 취급 편의성, 실시간 모니터링, 낮은 유지보수, 빠른 응답 특성 등과 같은 독보적인 우수성을 가지고 있다. 전기화학적 센서의 전극 물질은 페놀의 전자-산화 전류를 증가시킴으로써 페놀 검출 성능을 향상시키는데 중요한 역할을 했다.
 
이번 연구에서 중요한 점은 페놀 검출을 위해서 우수한 선택성과 안정성을 가진 전극 물질을 선택했다는 것이다. 전이금속인 니켈은 우수한 촉매 활성과 풍부한 매장량으로 인해서 유기 물질을 전기 촉매화하는데 폭넓게 적용되고 있다. 그러나 니켈 나노입자는 큰 비표면적 에너지로 인해서 응집되는 경향이 있기 때문에 활성 부위가 감소하고 촉매 활성이 떨어진다.
 
독특한 1차원 구조, 뛰어난 전기적 및 기계적 특성을 가진 다중벽 탄소 나노튜브는 니켈 나노입자가 응집되는 것을 막기 위한 골격 역할을 하고 전자 전달 속도를 향상시켜서 페놀 감지 성능을 증가시킨다. 따라서 니켈/다중벽 탄소나노튜브 기반의 전기화학적 센서는 배출된 폐수에서 페놀을 검출하는데 유용하다.
 
향후에는 민감도 향상, 검출 한계 감소, 검출 범위 확대, 비용 절감 등을 위한 혁신적인 연구가 추가적으로 수행해야 할 것이다. 이 연구결과는 저널 NANO에 “Ni Nanoparticle Anchored on MWCNT as a Novel Electrochemical Sensor for Detection of Phenol” 라는 제목으로 게재되었다(https://doi.org/10.1142/S1793292018501345).

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퐁풍
  • 평점  

몇년 전부터 과학향기에서 읽는 기사의 상당수가 나노기술에 대한 거네요. 요즘엔 인류의 미래가 나노기술로 공기와 물 등의 환경을 얼마나 컨트롤 할 수 있는지에 달린게 아닌가하는 생각이 듭니다...

2019-01-30

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