왼쪽부터 유니트스 에너지화학공학과 최유리 연구조교수, 류정기 교수.(유니스트 제공)

유니스트(UNIST) 에너지화학공학과 류정기 교수팀과 포항공과대학(POSTECH) 화학과 박수진 교수팀이 공동 연구를 통해 태양광을 기반으로 수소와 고부가화합물 생산이 동시에 가능한 하이브리드 실리콘 광촉매를 개발했다고 3일 유니스트가 밝혔다.

기존 촉매는 태양광으로 활용하기 어렵거나 독성을 가져 발암의 원인이 되는 등 친환경적이지 않다는 단점이 있었다. 반면 실리콘 광촉매는 가시광선을 흡수할 수 있어 태양광의 활용도가 높고, 생산 과정에서도 유해한 화학물질을 배출하지 않아 친환경적 광촉매로 주목받고 있다.

공동 연구팀은 실리콘 광촉매 표면에 니켈이 도핑된 그래핀 퀀텀닷을 2~3nm의 두께로 균일하게 코팅해 높은 수소 생산 효율 및 안정성을 확보했다.

표면이 개질된 하이브리드 실리콘 광촉매는 기존 실리콘 광촉매보다 28배 높은 수소 생산 효율을 보였다. 산화 반응에서는 물 대신 생물유기체인 바이오매스를 활용해 고부가화합물의 생산이 가능했다.

원형의 98%를 유지하면서 높은 안정성 또한 확보했다.

류 교수는 "기존 수소 생산 연구는 자외선을 흡수하거나 독성 촉매를 가진 광촉매에 한정돼 왔다"며 "이번에 개발한 무독성 저가 실리콘 광촉매는 높은 태양광 흡수율을 보여 고효율의 수소 생산이 가능할 뿐만 아니라 방향족 화합물의 생산이 가능하여 새로운 태양광 촉매 시스템을 제시했다는 점에서 의미가 크다"고 말했다.

박 교수는 "니켈 도핑된 그래핀 퀀텀닷으로의 표면 개질은 실리콘 광촉매뿐만 아니라 다양한 광촉매에 활용할 수 있어 에너지 응용 분야에 새로운 활용법을 제시한 경제적 기술"이라고 설명했다.

이번 연구는 유니트스 최유리 연구조교수, 포항공과대학 최성호 석·박 통합과정 연구원이 제1 저자로 참여했다.

연구 결과는 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'에 7월 27일 자로 공개됐다.

연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단 '학술연구지원사업-창의도전연구' 및 '원천기술개발사업-탄소중립기술개발'의 지원을 받아 이뤄졌다.


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