효율 높고 독성없는 그린수소 생산 실리콘 광촉매 개발

연구재단, 연세대 심우영 교수팀 '층상구조 실리콘'으로 최적 광촉매 설계
태양광 에너지 44% 활용 가능, 국제학술지 게재

[대전=뉴시스] 독특한 표면을 갖는 실리콘 층상구조체 개요도. 설계된 층상형 실리콘의 표면 원자구조를 확대하면 매우 다양한 표면을 노출하는 원자구조가 확인된다.(사진=연세대 심우영 교수 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 기존 금속화합물 기반 광촉매보다 효율적으로 그린수소를 생성하는 친환경 소재의 실리콘 광촉매가 개발됐다.

한국연구재단은 연세대학교 심우영 교수팀이 독특한 표면구조를 갖는 층상구조 실리콘을 이용해 태양광 기반의 고효율 수소 발생 광촉매를 개발했다고 1일 밝혔다.

기존 금속화합물을 기반으로 한 광촉매는 태양광으로 활용하기 어렵거나 독성이 있다.

이에 따라 최근 태양광 활용에 유리하고 생산과정에서도 유해한 화학물질을 배출하지 않아 친환경적 광촉매로 주목받는 실리콘 소재를 사용한 연구가 진행 중이다.

하지만 실리콘 광촉매는 금속화합물을 기반으로 한 광촉매에 비해 수소 생산효율이 낮은 한계가 있다.

이번에 연구팀은 실리콘의 층상 구조화를 통해 태양광 흡수는 물론 수소발생에서도 높은 효율을 갖는 광촉매를 개발하고 작동 원리를 규명했다.

이를 위해 실리콘 화합물에서 특정 원소를 제거, 층상형 구조의 실리콘 화합물을 확보한 뒤 물질의 계면제어로 독특한 표면을 띄는 층상구조의 실리콘을 제작했다.

연구팀은 일반적인 표면보다 이러한 특이 표면구조가 높은 수소발생 효율을 갖는 것을 실험을 통해 증명했고 특히 측정된 수소발생 효율도 실리콘 소재 중 가장 높은 것을 확인했다.

또 태양광 에너지의 약 4%인 자외선만을 흡수할 수 있는 기존 금속화합물과는 달리 자외선, 가시광선을 모두 흡수할 수 있어 태양광 에너지의 약 44%를 활용할 수 있는 광 흡수 능력도 확인했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리 사업 지원으로 수행됐으며 연구 결과는 국제학술지 '미국 화학회지(Journal of the American Chemical Society)'에 지난달 6일 게재됐다.(논문명:Nontypical Wulff-Shape Silicon Nanosheets with High Catalytic Activity)

심 교수는 "현재 발표된 단일소재 광촉매 논문들과 비교할 때 가장 높은 실리콘 광촉매 보다 약 2.7배 높은 효율을 보였고 기존 금속화합물과는 대등한 수치임을 확인했다"며 "이번 연구성과가 실용화되면 강력한 대체 에너지원으로 주목받고 있는 그린수소 시장의 점유율 확보가 가능할 것으로 예상된다"고 말했다.

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