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우리나라 연구진, 물로 수소 만드는 광촉매 효율 50% 높였다

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우리나라 연구진, 물로 수소 만드는 광촉매 효율 50% 높였다

백금 대신 구리 사용, 경제성 높이고 안정적으로 재활용 가능
높은 효율·낮은 가격·친환경성이라는 세 마리 토끼 모두 잡아

현택환 IBS 나노입자 연구단 단장(공동 교신저자), 이병훈 IBS 나노입자 연구단 연구원(공동 제1저자), 박승학 서울대 연구원(공동 제1저자), 남기태 미래소재디스커버리 d-오비탈 제어 소재 연구단 연구단장(공동 교신저자)(사진=과기정통부)
현택환 IBS 나노입자 연구단 단장(공동 교신저자), 이병훈 IBS 나노입자 연구단 연구원(공동 제1저자), 박승학 서울대 연구원(공동 제1저자), 남기태 미래소재디스커버리 d-오비탈 제어 소재 연구단 연구단장(공동 교신저자)(사진=과기정통부)
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.

개발된 촉매를 이용해 수소를 생산하는 모습
개발된 촉매를 이용해 수소를 생산하는 모습
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