가천대 김명종 교수팀, 담배 연기 활용 축전기용 그래핀 제작법 개발

가천대학교(총장 이길여) 화학과 김명종 교수팀이 담배연기 속의 독성물질인 에어로졸을 활용한 축전기용 그래핀 제작법을 개발해 주목을 받고 있다. 

21일 가천대에 따르면 김명종 교수팀이 인도 공과대학(IIT)의 나약 교수팀과 개발한 이번 공동연구 결과가 국제 저명 학술지 ‘Composite Part B (JCR: 상위 0.8%, IF: 13.1)’ 9월호에 게재됐다.

가천대 박사 후 연구원 메이티(Chandan Kumar Maity)가 제1저자로, 김명종 교수와 나약(Ganesh Shandra Nayak) 교수가 교신저자로 각각 이름을 올렸다. 

논문명은 ‘Aerosol derived carbon dots decorated boron nitride supported Zn-doped MoS2 for high performing flexible asymmetric supercapacitor’이다.

담배 연기는 약 5,000개의 무기 및 유기 성분으로 구성된 반응성, 동적, 복잡한 혼합 에어로졸(공기 중에 부유하고 있는 작은 고체 및 액체 입자들)이다. 

연구팀은 이러한 독성 오염 물질로부터 부가가치가 높고 비용 효율적이며 에너지 밀도가 높은 슈퍼커패시터(전자 회로에 충전기 역할은 하는 부품) 소재를 개발하는 것을 목표로 연구를 진행했다. 

유기 성분을 가진 독성 및 오염 물질 담배 연기는 탄소점 (carbon dot)의 전구체로서 작동할 수 있다. 탄소점 합성에 담배 연기 에어로졸을 사용하고, 고에너지 밀도 슈퍼커패시터 전극을 제작하기 위해 질화붕소(BN)와 함께 탄소점을 추가로 사용했다. 

독성 오염 물질이자 폐기물 성분인 담배 연기를 이용해 고에너지 밀도의 슈퍼커패시터용 복합 전극과 탄소점을 합성한 사례는 이번이 처음이다.

이번에 개발된 방법론은 대규모 담배 연기 추출물 제조에도 적용될 수 있다. 

공공장소에 있는 흡연실의 배기를 물이나 다른 용매 채널을 직접 통과시켜 오염된 공기를 정화하고 담배 연기 에어로졸 추출물을 얻을 수 있다. 대규모의 연기 추출물 제조로 환경오염을 줄일 수 있고 용매를 재활용 할 수 있어 경제성도 높다.

김명종 교수는 “이번 연구결과로 금속-탄소 기반 전극을 이용해 값싼 에너지 저장 장치를 제작하는 동시에 담배 연기의 독성과 공해라는 두 가지 주요 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된다”며 “개발된 기술은 자동차 및 전자 산업에도 적용할 수 있는 등 활용도가 높다”고 밝혔다.