"친환경 에너지 수소를 값싸게 제조할 수 있는 길 열려"

수소 생산 효율을 크게 높이는 촉매가 국내연구진에 의해 개발됐다. 사진은 개발된 촉매로 수소를 생산하는 모습. 기초과학연구원 제공

 

[시사경제신문=백종국기자 ] 기초과학연구원(IBS)은 효소와 유사한 불균일촉매를 세계 최초로 개발해 수소 생산 효율을 기존보다 50% 이상 높일 수 있는 새로운 광촉매를 개발했다고 23일 밝혔다.

나노입자 연구단 현택환 단장(서울대 석좌교수) 연구팀이 남기태 미래소재디스커버리 d-오비탈 제어소재 연구단 단장(서울대 교수), 및 김형준 KAIST 교수팀과 공동으로 광촉매인 이산화티타늄(TiO2) 나노입자 위에 구리 원자를 올려서, 효소처럼 작동하는 단원자 구리/이산화티타늄 촉매를 개발하였다는 것이다.

IBS에 따르면 연구진은 햇빛을 이용하여 물로 수소를 생산하는 과정에서 개발된 촉매를 사용하면 전달받은 빛의 40%이상을 수소전환반응에 사용, 기존에 성능이 가장 우수한 값비싼 백금/이산화티타늄 광촉매보다 뛰어난 수소생산 성능을 확인하였다.

또 값비싼 백금 대신 구리를 사용해 경제적이며, 반응에 쓰인 불균일촉매는 다시 회수해 오랫동안 안정적으로 재활용할 수 있어 폐촉매가 발생하지 않아 친환경적이라는 장점도 있다.

물과 메탄올을 섞은 반응물에 개발한 단원자 구리/이산화티타늄촉매를 넣고 빛을 가하면 수소가 생성된다. 연구진이 개발한 촉매는 기존 촉매 대비 수소생산 효율이 33배나 높았다.

연구진은 이산화티타늄 광촉매 위에 구리 단원자를 가장 안정적으로 올릴 수 있는 위치를 이론적으로 파악하고 이산화티타늄 층에 구리를 얹고, 열적으로 안정한 이산화실리콘으로 감싼 뒤 고온에서 열처리해 촉매를 완성했다.

개발된 촉매를, 물을 햇빛으로 수소로 생산하는 광촉매반응에 적용하면 상온·상압에서도 안정적이고, 높은 효율로 친환경 에너지인 수소를 값싸게 제조할 수 있게 되는 것이다. 외부 빛이 유입되면 단원자 구리가 광흡수를 통해 산화-환원반응을 일으키고, 이에 따라 주변 이산화티타늄의 구조를 빠르고 가역적으로 변화시킨다.

IBS이번 연구는 가장 이상적인 촉매인 효소와 유사하게 작동하는 불균일촉매를 세계 최초로 개발하고, 불균일촉매의 가장 큰 단점인 낮은 효율 문제를 해결했다는데 큰 의미가 있다면서 개발된 기술은 높은 효율, 낮은 가격, 친환경성이라는 세 마리 토끼를 모두 잡은 기술로 평가된다고 말했다.

이번 연구 성과가 재료분야 최고권위의 학술지 네이처 머터리얼스(Nature Materials, IF39.2)지 온라인 판에 230(한국시간) 게재되었다.

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