국내 연구진이 지구온난화 주범인 이산화탄소를 탄화수소계 연료로 전환할 수 있는 고효율 광촉매를 개발했다. 환경문제와 에너지자원 고갈을 동시에 해결하는 데 기여할 전망이다.
DGIST(총장 손상혁)는 인수일 에너지공학전공 교수팀이 안정적이고 효율적인 방법으로 환원된 이산화티타늄에 그래핀을 씌워 이산화탄소를 메탄이나 에탄으로 전환할 수 있는 고효율 광촉매를 개발했다고 6일 밝혔다.
인 교수팀이 개발한 광촉매는 기체 상태에서 이산화탄소를 선택적으로 메탄과 에탄으로 전환할 수 있다. 메탄 및 에탄 생성량이 각각 259 마이크로㏖/g, 77마이크로 ㏖/g을 나타내 기존의 환원된 이산화티타늄 광촉매 보다 5.2%, 2.7% 높아진 전환율을 보였다. 에탄 생성량의 경우 비슷한 실험 조건에서 세계 최고 효율을 기록했다.
연구팀은 또 제임스 듀란트 영국 임페리얼칼리지런던(ICL) 화학과 교수팀과 광전자분광학을 이용한 공동연구를 통해 이산화티타늄과 그래핀 계면에서 보이는 밴드 굽힘 현상으로 인해 정공이 그래핀으로 움직인다는 사실을 최초로 규명했다.
그래핀 쪽으로의 정공 이동은 전자들이 환원된 이산화티타늄 표면에 모여 있게 돼 반응을 활성화하며 다전자가 반응에 참여해 다량의 라디칼 메탄을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 라디칼 메탄이 수소 이온과 반응할 경우 메탄이 생성되고 라디칼 메탄끼리 서로 반응할 경우 에탄이 생성된다는 원리를 규명했다.
연구팀이 개발한 촉매 물질은 태양광을 이용해 선택적으로 더 높은 차수의 탄화수소계 물질을 생성함으로써 향후 고부가가치 물질 생산 등 다양한 분야에 응용이 가능할 전망이다.
인수일 교수는 “앞으로 상용화가 가능할 정도로 전환율을 높이는 후속 연구를 진행해 이산화탄소 저감 및 자원화 기술 발전에 기여하겠다”고 말했다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
