[IT 소식] 햇빛 비추면 수소가 '펑펑'···효율 12배↑ 광촉매 나왔다

 

햇빛 비추면 수소가 '펑펑'···효율 12배↑ 광촉매 나왔다


POSTECH, 백금·질화탄소·이산화티타늄 등 합성 성공

광촉매(PCTI)가 바깥 표면부터 순서대로 백금(Pt)·질화탄소(g-C3N4)·이산화티타늄(TiO2)·이리듐산화물(IrOx)을 형성하고 있다. 물속에서 수소를 생성하고 있으며, 내부에서 전하가 효율적으로 분리된다. [사진=POSTECH 제공]


식물이 햇빛을 받아 광합성을 하듯, 햇빛을 받으면 에너지를 만들어내는 촉매를 광촉매라 한다. 그중에서도 물을 분해해 수소를 만들어내는 광촉매는 수소경제 실현을 위한 핵심 기술로 손꼽힌다. 최근 국내 연구진이 햇빛을 받으면 수소 에너지를 만들어내는 광촉매를 개발했다. 가시광선과 자외선 영역의 빛을 모두 흡수할 수 있는 이 광촉매의 수소생산 효율은 기존 광촉매보다 12배나 높다.

POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 용기중 화학공학과 교수·통합과정 문현식 씨 연구팀이 백금(Pt)·질화탄소(g-C3N4)·이산화티타늄(TiO2)·이리듐산화물(IrOx)(이하 PCTI) 광촉매를 합성하는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 

청정에너지를 만들 수 있는 광촉매는 잠재력이 큰 기술이지만, 아직 에너지를 효율적으로 만들어내는 데에는 여러 어려움이 있다. 빛의 흡수가 비효율적일뿐더러 표면의 반응속도가 느리기 때문이다. 광촉매를 구성하는 반도체 물질에서 전자와 정공이 재결합하며 성능이 떨어지는 현상을 막아야 하기도 했다.

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 환원반응을 일으키는 백금과 산화반응을 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 이동함으로써, 전하 재결합이 억제되는 동시에 표면 반응속도가 높아졌다. 연구 결과, 이 광촉매의 수소생산 효율은 기존 백금·이산화티타늄 광촉매의 12배에 달하는 것으로 조사됐다. 
 
한편 과학기술정보통신부 선도연구센터사업, 한국연구재단 글로벌 R&D 기반구축사업 지원을 받아 이뤄진 이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 최근 게재됐다.

출처 : 헬로디디  이유진 기자 lyj.5575@hellodd.com
https://www.hellodd.com/news/articleView.html?idxno=96667