유기 소재 기반 친환경 수분해 광촉매 개발

포스텍-고려대-경북대 공동연구결과물 '스몰'에 게재

국내 대학 연구팀이 공동으로 유기 소재 기반 친환경 수분해 광촉매를 개발했다.

포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 고려대, 경북대 공동연구팀이 친수성 곁가지-불소 치환을 이용한 주사슬 개질을 통해 친환경 유기 소재 기반의 수분해 광촉매를 개발했다고 10일 밝혔다.

광촉매 물분해는 태양광을 이용해 물을 분해하는 방법이다. 수소 생산에 가장 매력적인 방법이지만 현재까지 광촉매는 주로 이산화티타늄 등 무기 소재로부터 제조돼 왔다.

정대성 포스텍 교수(사진)가 고려대, 경북대와 함께 유기 소재 기반 친환경 광촉매를 개발했다.

무기 광촉매 소재의 경우 흡광 영역이 자외선(UV)으로 제한될 뿐만 아니라, 100% 친환경적이라고 볼수 없다. 공동연구팀은 친환경 유기 반도체 소재의 수분해 특성을 향상시키기 위해 알콕시, 선형 올리고 에틸렌 글리콜(OEG) 측쇄, 골격 불소 치환기를 포함하는 벤조티아졸 기반 도너-억셉터 공중합체 고분자 구조의 광촉매를 제시하고 수소 생산 성능과 성질을 분석했다.

고분자 골격의 OEG 측쇄는 고분자 나노입자의 표면 에너지를 증가시켜 물과의 상호작용을 향상시키고 물로의 전하 수송체 전달을 쉽게 했다. 이와 함께 OEG 부착 공중합체는 알콕시 곁사슬을 갖는 중합체에 비해 곁사슬의 자기 조립 특성에 의해 향상된 분자 간 적층 구조를 나타냈다. 뿐만 아니라, 중합체 골격의 불소 치환기는 뚜렷하게 나란히 적층된 형태의 결합(ππ 적층) 특성을 가지며, 이는 폴라론의 긴 수명시간을 나타냈다.

친환경 유기 소재 기반 광촉매의 개념도

또 메탄올-물 혼합 용매를 이용한 새로운 나노입자를 합성했을 때 나노입자와 물 사이의 계면활성제의 전하 수송체 전달을 더욱 쉽게 하는 것을 확인했다. 마지막으로 가시광선 조사했을 때, OEG 측쇄와 불소 치환기로 이루어진 공중합체 고분자 광촉매에 대해 26000molg-1 h-1의 수소 생성량을 얻었다.

정대성 포스텍 화학공학과 교수는 “유기 광촉매는 탄소와 수소가 주 구성원소라는 측면에서 친환경적일 뿐만 아니라, 흡광영역을 가시광 뿐만 아니라 근적외선까지 확장할 수 있다”며, “태양에너지를 완전하게 이용할 수 있는 매력적인 소재”라고 말했다.

안상혁 포스텍 화학공학과 교수(공동 1저자), 우한영 고려대 화학과 교수, 차효정 경북대 수소및신재생에너지학과 교수 등이 참여해 이끌어낸 이번 연구결과는 최근 나노·마이크로 재료 과학 분야의 국제 학술지 '스몰(small)'에 게재됐다.

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com