울산과기원, 인공광합성 효율 높이는 '촉매결합 기술' 개발

울산과기원, 인공광합성 효율 높이는 '촉매결합 기술' 개발


(울산=연합뉴스) 허광무 기자 = 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 촉매를 쌓아 인공광합성 효율을 높이는 기술을 개발했다.
류정기 에너지 및 화학공학부 교수팀은 '다층박막적층(Layer-by-Layer) 기법'을 이용해 물속에서 인공광합성용 촉매를 결합하는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.
이 기술은 저렴한 촉매를 이용하는 데다 공정 방식이 간단하고, 전극 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
인공광합성은 자연 광합성 시스템을 모방해 태양에너지를 유용한 자원으로 바꾸는 기술이다.
태양광과 전해액, 광전극만 있으면 친환경 에너지를 만들 수 있고, 특히 수소를 생산할 수 있어 차세대 에너지 생성 기술로 주목받고 있다.
그러나 광전극의 낮은 효율성이 문제로 꼽힌다.
지금까지 광전극 효율을 개선하기 위해 백금 등 고가의 촉매 물질을 사용해야 했고, 물질의 종류나 양을 조절하기 어려웠다. 촉매를 적용하는 과정에서 고온·고압의 진공 장비 활용이 필수적이었는데, 장비 활용에 따른 광전극 손상도 발생했다.
연구진은 이런 문제를 피하고자 광전극 위에 양(+)의 전하를 띠는 물질과 음(-)의 전하를 띠는 물질을 순서대로 쌓는 다층박막적층 기법을 접목했다.
이는 자석이 서로 끌어당기듯 물질들이 서로 끌어당기며 쌓이는 원리를 기반으로 한다.
연구진은 상온의 물에 양의 전하를 갖는 폴리에틸렌이민(PEI)과 음의 전하를 갖는 폴리옥소메탈레이트(POM)를 각각 녹였다. 이후 광전극을 각 물질이 녹아있는 수조에 번갈아 담그며 촉매를 쌓았다. 전극에 물질이 접착되는 방식이다.
이렇게 형성된 촉매 다중층은 광전극의 효율을 10배가량 높이고, 동시에 안정성도 확보하는 성지를 띠었다.
연구진은 인공광합성 효율을 높이고자 최적의 촉매와 그 두께를 찾는 연구를 계속할 계획이다.
류 교수는 "이번에 개발한 촉매층 형성법은 촉매 종류나 양을 원하는 형태와 두께로 쉽고 간편하게 형성할 수 있는 기술"이라며 "물에 담그기만 하는 간단한 공정을 거치기 때문에 기존 진공 장비 사용으로 생겼던 전극 손상 문제도 방지할 수 있다"고 밝혔다.
이번 연구는 화학 분야 국제학술지 '그린 케미스트리'(Green Chemistry) 13일 자 표지 논문으로 게재됐다.
hkm@yna.co.kr
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