이산화탄소를 메탄·에탄연료로.. 국내연구진 '광촉매' 개발

IBS·DGIST·KAIST 공동연구

국내 연구진이 이산화탄소를 메탄, 에탄과 같은 탄화수소 연료로 만들 수 있는 새로운 촉매를 개발했다. 이 촉매는 기존 이산화티타늄 광촉매에 비해 66배 높아진 효율로 이산화탄소를 메탄, 에탄으로 만들었다.

기초과학연구원(IBS) 현택환 나노입자 연구단장팀은 인수일 대구경북과학기술원(DGIST) 교수팀, 김형준 한국과학기술원(KAIST) 교수팀과 함께 이산화탄소를 메탄·에탄으로 만드는 광촉매를 개발했다고 9일 밝혔다.

우선 연구진은 안정화된 구리 원자와 이산화티타늄 광촉매 사이에서 일어나는 상호작용에 주목했다. 금속-지지체 상호작용은 지지체와 그 위에 올려진 금속촉매 사이에서 일어나는 화학작용을 말한다. 촉매의 활성을 높이기 위한 필수 요소지만, 원자 단위의 정밀한 조정이 어렵다.

그결과 금속-지지체 상호작용을 원자 단위에서 조절하면 이산화탄소가 효과적으로 전환되는 부분이 생긴다는 사실을 발견했다. 즉 구리원자가 이산화티타늄으로부터 전자를 받아 이산화탄소에 넘겨줌으로써 태양빛과 물만으로 이산화탄소를 화학연료인 탄화수소로 만든 것이다. 연구진은 이를 기반으로 단원자 구리-이산화티타늄 촉매를 만들었다.

IBS 연구진은 이에 앞서 2019년 광촉매인 이산화티타늄 나노입자 위에 구리 원자를 올린 단원자 구리·이산화티타늄 촉매를 개발해 햇빛과 물로 수소를 만드는데 성공했다. 이때 개발한 촉매는 값비싼 귀금속을 사용하지 않고도 촉매 성능을 수십 배 이상 향상시켜 주목을 받았다.

이번에는 이 촉매를 활용해 태양광과 물만 이용해 이산화탄소를 화학연료로 만드는 촉매 개발에 성공한 것이다.

현택환 단장은 "추가 연구를 진행한다면 광촉매를 이용해 이산화탄소를 에탄올, 프로판올 등 더 고부가가치의 화학물질로 전환시키는 것도 가능할 것"이라고 말했다.