마그네슘 하이드리드와 이산화티타늄을 이용한 새로운 광촉매 합성법 개발
마그네슘 하이드리드와 이산화티타늄을 이용한 새로운 광촉매 합성법 개발
  • 엄재성 기자
  • 승인 2018.09.27 17:16
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태양광에 반응하는 광촉매 개발로 수소 대량 생산에 기여할 것으로 기대돼
새로운 수소 생산 광촉매 합성법을 개발한 DGIST 에너지공학전공 유종성 교수. (사진=DGIST)
새로운 수소 생산 광촉매 합성법을 개발한 DGIST 에너지공학전공 유종성 교수. (사진=DGIST)

DGIST(총장 손상혁)는 에너지공학전공 유종성 교수팀이 태양광을 이용해 물을 산소와 수소로 효율적으로 분해할 수 있는 신개념 촉매를 합성하는데 성공했다고 27일 밝혔다. 기존 광촉매 보다 효율성이 높아져 수소 대량 생산에 도움이 될 것으로 기대된다.

최근 화석에너지 사용량 증가에 따른 대기오염, 지구 온난화와 같은 환경 문제가 심화되자 친환경적 차세대 에너지원으로써 수소가 주목받고 있다. 이에 따라 태양광과 광촉매를 활용해 물을 분해함으로써 수소를 얻는 방식과 그 효율에 대한 연구가 전세계적으로 진행 중이다.

자외선 영역의 빛에서만 반응하는 광촉매의 한계를 극복하기 위해 관련 분야 연구자들은 질소, 유황, 인과 같은 이종 원소를 광촉매에 도핑하거나 새로운 광촉매들을 합성하는 등 가시광선에도 효율적으로 반응하는 광촉매를 개발하고 있다.

유종성 교수팀은 미국 캘리포니아주립대 버클리캠퍼스(UC Berkely) 사무엘 마오(Samuel. S. Mao) 교수팀과 함께 마그네슘 하이드리드(MgH2)를 이용해 이산화티타늄으로 된 광촉매 표면에 산소를 제거하고 그 자리에 다시 수소를 채워 넣음으로써 수소 원자가 도핑된 새로운 광촉매를 개발했다.

연구팀이 개발한 환원된 티타늄 기반 광촉매의 표면 반응 및 특징을 나타낸 모식도. (사진=DGIST)
연구팀이 개발한 환원된 티타늄 기반 광촉매의 표면 반응 및 특징을 나타낸 모식도. (사진=DGIST)

연구팀이 개발한 광촉매는 수소 생성을 위해 사용하던 기존의 이산화티타늄 광촉매보다도 밴드갭(Band Gap)을 줄여 약 4배 더 높은 활성도를 70일 이상 안정적으로 유지할 수 있는 점이 특징이다.

또한, 기존의 광촉매와 달리 가시광선에도 감응할 수 있어 수소 생산의 한계점을 극복했다. 이처럼 새로운 광촉매 개발을 통해 수소 생산의 효율성과 안정성을 모두 혁신적으로 개선함으로써 향후 수소 에너지 대중화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

DGIST 에너지공학전공 유종성 교수는 “이번에 개발한 광촉매는 기존 수소 생산에 쓰인 광촉매에 비해 그 성능이 수 배 향상된 광촉매로 합성방법 또한 매우 간단해 앞으로 수소 에너지 상용화에 많은 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다”며 “광촉매의 효율과 경제성을 개선하는 후속 연구를 통해 화석에너지를 대체할 수 있는 안정적인 수소 에너지 생산 환경을 조성하는데 앞장서겠다”고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 화공촉매 분야 상위 1% 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B : 인바이러멘탈(Applied Catalysis B : Environmental)’ 8월 10일자 온라인판에 게재됐다.


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