태양광 수소·고부가가치 화합물 동시 생산하는 광촉매 개발

UNIST·POSTECH 공동연구…수소 생산 효율 28배 높여

UNIST 류정기 교수팀 에너지화학공학과 류정기 교수(오른쪽)와 제1저자 최유리 연구조교수. [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 태양광을 활용해 수소와 고부가가치 화합물을 동시에 생산할 수 있는 친환경 광촉매가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

3일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 에너지화학공학과 류정기 교수팀과 포항공과대(POSTECH) 화학과 박수진 교수팀은 공동 연구를 통해 태양광 기반 무독성·저가 하이브리드 실리콘 광촉매를 개발했다.

공동연구팀에 따르면 기존 촉매는 태양광으로 활용하기 어렵거나 독성이 있어 친환경적이지 않다는 단점이 있었다.

실리콘 광촉매는 가시광선을 흡수할 수 있어 태양광 활용도가 높고, 생산 과정에서도 유해한 화학물질을 배출하지 않아 주목받고 있다.

다만 수소와 고부가가치 화합물의 연속적인 생산에 대한 연구는 적절한 촉매 부재로 거의 보고되지 않았는데, 동시에 생산하더라도 강한 염기 조건에서 독성 촉매를 쓰는 데 따른 환경오염이 발생했다.

이에 연구팀은 기존 실리콘 광촉매 표면에 니켈이 도핑된 그래핀 퀀텀닷을 2∼3㎜ 두께로 균일하게 코팅해 높은 수소 생산 효율과 안정성을 확보한 하이브리드 실리콘 광촉매를 만들었다.

개발된 광촉매를 물 산화반응 대신 생물유기체인 바이오매스 산화 반응에 활용했을 때 고온, 강염기 없이 기존 실리콘 광촉매 대비 약 28배 높은 수소 생산 효율을 보였다.

또 98%의 원형을 유지함으로써 높은 안정성도 확보했다.

아울러 바이오매스의 분해 산물인 바닐린을 포함한 방향족 화합물 생산이 가능하다는 점도 확인했다.

류정기 교수는 "기존 수소 생산 연구는 자외선을 흡수하거나 독성을 지닌 광촉매에 한정돼 왔다"며 "이번에 개발한 광촉매는 높은 태양광 흡수율을 통해 고효율 수소 생산이 가능할 뿐만 아니라 방향족 화합물을 생산할 수 있어 새로운 태양광 촉매 시스템을 제시했다는 점에서 의미가 크다"고 말했다.

POSTECH 박수진 교수팀 화학과 박수진 교수(왼쪽)와 제1저자 최성호 석·박 통합과정 연구원. [울산과학기술원 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials)에 7월 27일 자로 공개됐다.

연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 '학술연구지원사업-창의도전연구'와 '원천기술개발사업-탄소중립기술개발'의 지원을 받아 이뤄졌다.

yongtae@yna.co.kr

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