국내 연구진, 물로 수소 만드는 新 광촉매 개발…생산 효율 50%↑

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국내 연구진이 개발한 단원자 구리/이산화티타늄 촉매의 현미경 이미지(한국연구재단 제공)© 뉴스1
(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 물로 수소를 만드는 새로운 광촉매를 개발해 수소 생산 효율을 기존보다 50% 이상 끌어올리는 데 성공했다.

기초과학연구원(IBS·원장 김두철)은 나노입자 연구단 현택환 단장 연구팀이 남기태 미래소재디스커버리 d-오비탈 제어소재 연구단 단장, 김형준 KAIST 교수팀과 효소와 유사한 불균일촉매를 세계 최초로 개발해 수소 생산 효율을 기존보다 50% 이상 높일 수 있는 새로운 광촉매를 개발했다고 23일 밝혔다.

연구진은 광촉매인 이산화티타늄(TiO2) 나노입자 위에 구리 원자를 올려서 효소처럼 작동하는 단원자 구리/이산화티타늄 촉매를 개발했다.

효소는 주변 단백질과 수소를 주고받는 상호작용을 통해 주변 환경과 반응하기 가장 적합한 형태로 자신의 구조를 바꿔 촉매반응에 참여한다.

연구진은 개발한 촉매가 효소처럼 구리와 이산화티타늄이 상호 전자를 주고받는 상호작용을 하고, 구조를 변화시켜 효소와 유사하게 촉매반응에 참여한다는 것을 밝혔다.

개발한 촉매를 햇빛을 이용해 물로 수소를 생산하는 반응에 적용, 전달받은 빛의 40% 이상을 수소전환반응에 사용하는 뛰어난 수소생산 성능을 확인했다.

이는 기존 성능이 가장 우수한 값비싼 백금/이산화티타늄 광촉매와 비등한 뛰어난 성능을 보였다.

값비싼 백금 대신 구리를 사용해 경제적이고, 사용한 불균일촉매를 다시 회수해 오랫동안 안정적으로 재활용할 수 있어 친환경적이다.

이번 연구는 가장 이상적인 촉매인 효소와 유사하게 작동하는 불균일촉매를 세계 최초로 개발하고, 불균일촉매의 가장 큰 단점인 낮은 효율 문제를 해결했다는데 의미가 있다.

왼쪽부터 현택환 IBS 나노입자 연구단 단장(공동 교신저자), 이병훈 IBS 나노입자 연구단 연구원(공동 제1저자), 박승학 서울대 연구원(공동 제1저자), 남기태 미래소재디스커버리 d-오비탈 제어 소재 연구단 연구단장(공동 교신저자)© 뉴스1
현택환 IBS연구단장은 “개발된 촉매를 이용해 상온, 상압에서도 안정적이고 높은 효율로 수소를 값싸게 제조할 수 있다”고 말했다.

이번 연구 성과는 재료분야 최고권위의 학술지 ‘네이처 머터리얼스(Nature Materials)’ 온라인 판에 23일 오전 0시(한국시간) 게재됐다.

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