우리나라 연구진, 물로 수소 만드는 광촉매 효율 50% 높였다

물로 수소를 만드는 광촉매 효율을 50% 이상 높인 기술이 우리나라 연구진에 의해 개발됐다.

과학기술정보통신부와 기초과학연구원은 이 같은 연구 성과가 재료분야 최고권위의 학술지 네이처 머터리얼스(Nature Materials, IF39.2) 온라인판에 23일(한국시간) 게재됐다고 밝혔다.

이 기술은 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 현택환 단장(서울대 석좌교수) 연구팀, 남기태 미래소재디스커버리 d-오비탈 제어소재 연구단 단장(서울대 교수), 김형준 카이스트 교수팀이 공동 개발했다.

연구진이 개발한 기술은 광촉매인 이산화티타늄(TiO_​2) 나노입자 위에 구리 원자를 올려서 효소처럼 작동하는 단원자 구리/이산화티타늄 촉매다.
효소는 주변 단백질과 수소를 주고받는 상호작용으로 주변 환경과 반응하기 가장 적합한 형태로 자신의 구조를 바꿔 촉매반응에 참여한다. 연구진은 이 촉매가 효소와 마찬가지로 구리와 이산화티타늄이 상호 전자를 주고받는 상호작용을 진행하고 구조를 변화시켜 효소와 유사하게 반응에 참여한다는 것을 밝혔다.

햇빛을 이용해 물로 수소를 생산하는 반응에 적용할 경우 전달받은 빛의 40% 이상을 수소전환반응에 사용하는 수소생산 성능을 나타낸다. 기존 가장 우수한 것으로 평가되는 백금/이산화티타늄 광촉매와 비슷한 성능을 나타낸 것이다.

백금 대신 구리를 사용해 경제성은 높이고 안정적으로 재활용할 수 있는 불균일촉매의 친환경적이라는 장점은 그대로 살렸다.

연구진은 높은 효율, 낮은 가격, 친환경성이라는 세 마리 토끼를 모두 잡아낸 것으로 평가되며 이 분야 최고 권위지로 평가받는 네이처 머터리얼스에 이름을 올리게 됐다.

현택환 단장은 “개발된 촉매를 물을 햇빛으로 수소로 생산하는 광촉매반응에 적용하면 상온·상압에서도 안정적이고, 높은 효율로 친환경 에너지인 수소를 값싸게 제조할 수 있게 됐다”고 밝혔다. 개발된 촉매는 향후 수소생산은 물론, 촉매를 사용하는 많은 화학공정에서도 생산성을 향상시킬 것으로 기대된다.


안재민 글로벌이코노믹 기자 jaemin@g-enews.com