DGIST 에너지공학과 인수일 교수 연구팀이 미국 캘리포니아 공과대학교(Caltech) 윌리엄 고다드 교수 연구팀과 공동으로 태양광을 이용해 이산화탄소를 고부가가치 연료인 메탄으로 전환할 수 있는 고효율 광촉매를 개발하고 작동 원리를 규명했다. 이산화탄소는 대표적인 온실가스로 기후변화의 주요 원인으로 지적되고 있으며, 이를 효과적으로 줄이는 기술 개발은 전 세계적인 과제로 꼽힌다. 연구팀이 주목한 광촉매 기술은 태양광 에너지를 이용해 이산화탄소를 연료로 바꾸는 인공 광합성 기술로, 탄소 중립 실현과 친환경 에너지 생산에 기여할 수 있는 분야다. 연구팀은 가시광선과 근적외선을 잘 흡수하는 황화은(Ag₂S)과 광촉매 소재로 널리 사용되는 이산화티타늄(TiO₂)을 결합해 전자가 자연계의 광합성과 유사한 Z-스킴 경로로 효과적으로 이동할 수 있는 구조를 고안했다. 이를 통해 빛 에너지 활용 효율이 크게 향상됐다. 기존 연구에서는 소재가 지나치게 규칙적인 결정질 구조에 머물러 이산화탄소가 실제 반응할 수 있는 활성점이 부족한 한계가 있었다. 이에 DGIST-Caltech 공동 연구팀은 소재 내부에 의도적으로 결함을 도입해 구조가 불규칙한 비정질 이산화티타늄을 적용해
헬로티 이동재 기자 | 태양광 과산화수소 전환 효율 세계 최고 기록·다양한 인공광합성 응용.. Nat. Commun. 게재 광전극에 햇빛을 쪼여 과산화수소를 생산하는 기술이 새롭게 개발됐다. 복잡한 화학공정을 대신해 친환경적으로 과산화수소를 생산할 수 있는 기술로 주목받고 있다. UNIST 에너지화학공학과 장지욱 교수팀이 페로브스카이트 기반 과산화수소 생산 광전극 시스템을 개발했다. 태양에너지를 받아 물 속에서 환원된 산소가 물과 반응해 과산화수소(H2O2)가 되는 원리다. 이 시스템은 세계 최고의 태양광 과산화수소 전환 효율을 기록했을 뿐만 아니라 물에 약한 페로브스카이트를 썼음에도 내구성이 좋다. 공업 원료인 과산화수소는 수소를 대체할 친환경 에너지 자원으로도 꼽힌다. 농도 60%의 과산화수소수는 압축된 수소보다 단위부피당 낼 수 있는 에너지가 크고, 저장과 수송에 유리하다. 그러나 현재 과산화수소를 대량 합성하는 공정은 복잡하고 귀금속과 유기물질을 사용해 비용문제와 더불어 안전 문제도 있다. 대안으로 인공광합성 기술의 하나인 광전극 과산화수소 생산방법이 주목받고 있지만, 광흡수 성능이 뛰어나면서도 오래 쓸 수 있는 광전극 개발에 어려움이 있다. 장 교수
헬로티 이동재 기자 | 국내 연구진의 연구로 인공광합성 기술 실용화 가능성이 열렸다. 인공광합성 기술은 자연 광합성을 모방해 식물처럼 햇빛을 받아 이산화탄소를 에틸렌, 메탄올, 에탄올 등과 같은 고부가가치 화합물로 전환하는 기술이다. 하지만, 경제성 및 기술적 한계로 인해 실험실 수준의 연구에만 머물러 있었고, 태양전지 연구와 이산화탄소 전환 연구로 분리돼 각각 진행돼 왔다. 한국과학기술연구원(이하 KIST)은 청정에너지연구센터의 오형석, 이웅희 박사 연구팀이 경희대학교(경희대, 총장 한균태) 유재수 교수팀과 함께 전기화학적 이산화탄소 전환 시스템에서 높은 효율로 일산화탄소를 얻을 수 있는 나노미터 크기의 가지 모양 텅스텐-은 촉매 전극을 개발하고, 이산화탄소 전환 시스템을 상용 실리콘 태양전지와 결합해 실제 태양광에서 구동 가능한 대규모 인공광합성 시스템을 제작했다고 밝혔다. KIST 연구진은 기상 이산화탄소 전환 일산화탄소 생성 시스템에 적용할 수 있는 새로운 텅스텐-은 촉매를 개발했다. 해당 촉매는 기존 은 촉매에 비해 60% 이상 향상된 일산화탄소 생산 효율을 보였으며, 100시간 동안의 시험에도 안정적이었다. 또한, 촉매 소재 관점에서 개발된 가지형
[첨단 헬로티] 전복껍데기의 진주층(nacre)을 모방해 인공광합성 소자를 제조하는 기술이 개발됐다. 류정기 교수(UNIST)와 김병수 교수(연세대) 공동연구팀이 산화그래핀과 분자촉매를 정교하게 조립해 인공 진주층을 만들고, 이를 통해 인공광합성의 효율을 대폭 향상시켰다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다. ▲ UNIST 류정기 교수<사진 : UNIST> 인공광합성은 식물이나 조류의 광합성처럼, 태양에너지를 이용하여 유용한 화학물질을 생산하는 친환경 기술이다. 그러나 효율적 인공광합성을 위해서는 백금‧이리듐 등 희귀금속 또는 전이금속 촉매가 필수적인데, 기존에 연구된 촉매는 제조비용 및 효율성에 제약이 있어 실용화가 어려웠다. 연구팀은 금속을 극소량만 사용하면서도 촉매 활성이 높은 분자 형태의 촉매에 주목했다. 특히 분자촉매를 물 분해 반응이 일어나는 전극 표면에 안정적으로 고정하기 위해 전복껍데기 진주층 구조를 모사했고, 전극의 효율도 2.5배 가량 크게 증대시켰다. 전복껍데기의 진주층은 탄산칼슘과 유기물이 교대로 겹겹이 쌓인 구조이다. 이때 키틴과 같은 유기물이 접착제 역할을 하여, 판상의 탄산칼슘을 고정시키고 전복껍데기의 강도를
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