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태양광으로 그린수소 생산 가능한 비금속 광촉매 개발

인하대 연구팀, 가시광선 감응 질화탄소 기반 친환경 광촉매 제시

(대전=뉴스1) 심영석 기자 | 2022-04-18 12:00 송고 | 2022-04-18 14:19 최종수정
태양광을 흡수해 질화 탄소 광촉매가 수소를 생산하는 모식도(인하대 박성진 교수 제공)© 뉴스1

탄소 배출 없이 그린 수소를 생산할 수 있는 비금속·친환경 질화탄소 광촉매가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

18일 한국연구재단에 따르면 인하대 박성진·김정호 교수 연구팀이 그린 수소를 생산할 수 있는 새로운 구조의 고효율 질화 탄소 광촉매를 개발하고, 촉매 성능과 질화 탄소 물질 구조간의 상관관계를 분자 수준에서 규명했다.

질화탄소(carbon nitride)는 탄소와 질소의 교대배열로 이루어진 3차원 반도체 소재를 말한다.

최근 태양에너지를 이용, 물을 분해해 그린 수소를 생산하는 수소 생산 반응이 큰 관심을 받고 있다.

하지만, 촉매 효율이 제한적인 데다 기존에 우수한 성능을 보인 광촉매들은 대부분 금속을 함유하는 물질로서 환경오염을 유발할 수 있다는 단점이 있다.

이에 연구팀은 가시광선을 흡수하기에 적합한 ‘밴드 구조’를 가지며 무독성, 저비용 등의 장점을 지닌 비금속 기반의 질화 탄소물에 착안했다.

기존 방식으로 제조된 질화 탄소물에서는 2차원 연결구조 내 수소 결합들이 다수 존재해 광촉매 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

연구팀은 질화 탄소 소재의 생성 과정에서 물과 수증기를 첨가하는 친환경적인 방법을 이용, 수소 결합은 감소하고 전자 이동성은 향상된 질화 탄소 기반 광촉매를 개발했다.

그 결과, 물을 사용하지 않고 만든 기존 질화 탄소 광촉매보다 약 12배 뛰어난 수소 생산 광촉매 성능을 보였으며, 높은 안정성과 내구성을 나타냈다.

또, 분자 수준에서 수소 결합 감소, 결정성 증가 등을 보여 촉매 성능이 향상되는 것을 확인했다.

다만, 그린 수소 생산의 상업화를 위해서는 촉매 성능의 극대화, 고효율 촉매의 대량 생산법 개발, 촉매 물질의 저독성, 친환경성 검증 등의 추가 연구가 필요하다는 설명이다.

한편, 이번 연구성과는 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 인바이런멘탈’ 온라인판에 최근 게재됐다.


km5030@news1.kr

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