햇빛을 받으면 다량의 수소에너지를 생산하는 광촉매가 개발됐다.
포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 용기중 화학공학과 교수·통합과정 문현식 씨 연구팀이 기존 광촉매보다 수소에너지 생산효율이 12배나 높은 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.
연구팀은 백금·질화탄소·이산화티타늄·이리듐산화물(PCTI) 광촉매를 합성하는 데 성공했다.
연구성과는 최근 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈'에 발표됐다.
청정에너지를 만들 수 있는 광촉매는 잠재력이 큰 기술이지만 아직 에너지를 효율적으로 만들어내는 데 어려움이 있다. 빛 흡수가 비효율적이며 표면 반응속도가 느리다는 한계가 있기 때문이다. 광촉매를 구성하는 반도체 물질에서 전자와 정공이 재결합하며 성능이 떨어지는 현상을 해결해야 한다.
연구팀은 이러한 문제를 한 번에 해결한 광촉매를 개발했다. 이 광촉매는 속이 빈 형태의 이산화티타늄에 아주 얇은 질화탄소를 덧씌운 '지스킴(Z-scheme)' 이종 구조로 만들어졌다. 이종 구조 내외부 표면에는 환원 반응을 일으키는 백금과 산화 반응을 일으키는 이리듐산화물이 각각 공간적으로 분리돼 더해졌다.
이산화티타늄이 자외선을, 질화탄소가 가시광선을 각각 흡수하기 때문에 이 광촉매는 가시광선과 자외선 영역에서 모두 작동한다는 게 특징이다. 또 분리된 백금과 이리듐산화물에 의해 전자와 정공이 각자 반대 방향으로 이동, 전하 재결합이 억제되는 동시에 표면 반응 속도가 높아졌다.
연구 결과 이 광촉매의 수소생산 효율은 기존의 백금·이산화티타늄 광촉매의 12배에 달하는 것으로 조사됐다. 기존 광촉매 한계를 극복한 이 연구성과는 태양에너지를 활용한 청정에너지 생산 가능성을 한층 높인 결과로 학계의 이목을 끈다.
한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 선도연구센터사업, 한국연구재단 글로벌 R&D 기반구축사업의 지원을 받아 이뤄졌다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
