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이산화탄소 에너지로 전환하는 고효율 광촉매 개발

인수일 DGIST 교수팀 CO₂를 메탄·에탄으로 전환하는 광촉매 개발
높은 전환 효율 나타나···"구리-백금 조촉매를 이용한 광촉매"
지난 11일 하와이 마우나로아 관측소에서 측정된 대기 중 이산화탄소 농도는 415.26ppm으로 1958년 관측 이후 역대 최고치를 기록했다. 5월에 갑작스러운 폭염도 온실효과 영향이 크다. 국내 연구진이 온실효과를 야기하는 '이산화탄소'(CO₂)를 에너지로 전환하는 광촉매 개발에 성공했다.

DGIST(대구경북과학기술원·총장 국양)는 인수일 에너지공학전공 교수팀이 CO₂를 메탄과 에탄 연료로 전환하는 초고효율 광촉매를 개발했다고 26일 밝혔다. 지구를 뜨겁게 하는 주범을 미래 자원으로 활용할 수 있도록 해 에너지 관련 분야에서 크게 주목받고 있다. 

기존 광촉매는 촉매 표면에서 전자와 정공이 재결합하며 에너지 효율이 감소하거나 에너지 생성에 필수적인 전자가 다른 물질로 전달되며 부산물이 형성되는 문제가 있었다.

따라서 전자와 정공의 재결합 방지와 전자 전달 효율 개선을 위해 주촉매의 반응을 도와주는 조촉매에 대한 연구가 현재 활발하다. 주촉매는 물질의 화학적 반응을 낮은 에너지 상태에서 활성화시키는 것이며 주촉매 반응을 돕는 것이 조촉매다. 

DGIST(대구경북과학기술원·총장 국양)는 인수일 에너지공학전공 교수팀이 CO₂를 메탄과 에탄 연료로 전환하는 초고효율 광촉매를 개발했다고 밝혔다. 사진은 인수일 교수. <사진=DGIST 제공>DGIST(대구경북과학기술원·총장 국양)는 인수일 에너지공학전공 교수팀이 CO₂를 메탄과 에탄 연료로 전환하는 초고효율 광촉매를 개발했다고 밝혔다. 사진은 인수일 교수. <사진=DGIST 제공>
인수일 교수팀은 구리-백금 합금의 조촉매가 부착된 고효율 광촉매를 개발했다. 전자 전달 효율이 좋은 백금 위에 CO₂가 잘 흡착되는 구리가 결합된 합금을 주촉매인 이산화티타늄 위에 올린 구조다. 이때 빛에 의해 생성된 전자가 백금을 통해 구리 입자로 전달되면 대기 중 CO₂가 구리 입자 표면에 흡착된다. 이어 표면에 있던 전자와 반응해 메탄과 에탄 가스가 탄생하게 된다. 

해당 광촉매는 순간 최고 전환 효율이 3.3%에 달할 만큼 우수해 향후 지구 온난화와 에너지 고갈 문제 해결에 기여할 수 있는 산업 분야에도 적용될 것으로 전망된다. 인수일 교수는 "현재 구리-백금 조촉매를 이용한 광촉매는 전환 효율이 높고, 합성 공정이 비교적 간단해 향후 상용화에 매우 유리하다"며 "더 높은 전환효율을 보이는 후속 연구를 진행해 상용화를 앞당기겠다"고 말했다. 

한편 이번 연구 결과는 'Energy & Environmental Science' 온라인판에 게재됐다.
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