이산화탄소를 자원으로···효율 높은 광촉매 개발

인수일 DGIST 교수 연구팀, 이산화티타늄 기반 광촉매 연구
국내 연구진이 이산화탄소 저감이나 자원화를 위한 기술에 활용될 수 있는 광촉매를 개발했다.

DGIST(총장 손상혁)는 인수일 에너지공학전공 교수 연구팀이 간단한 환원 방식을 활용해 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 이산화티타늄 기반 고효율 광촉매를 개발하는데 성공했다고 23일 밝혔다.

전 세계적으로 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 활용해 수소, 메탄, 에탄올, 메탄올, 부탄올과 같은 활용 가능한 연료로 전환할 수 있는 이산화탄소 자원화 연구가 진행되고 있다.

이산화탄소를 자원으로 활용하기 위해서는 이산화탄소를 연료로 전환할 때 전환 효율과 광흡수 효율을 높이고, 2차 유해물질이 발생하지 않도록 도움을 주는 광촉매가 필요하다.

이산화티타늄, 산화구리, 환원그래핀산화물 등의 물질을 합성하거나 광촉매 물질의 구조와 표면을 조절하는 고효율 광촉매 개발 기술은 이산화탄소 자원화 기술의 핵심으로 평가받고 있다.

인수일 교수 연구팀은 강한 환원제인 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 사용해 저온에서 빠르게 이산화티타늄(TiO2)을 환원시키는 합성법을 개발했다. 

이 합성법을 활용해 만든 이산화티타늄 기반 광촉매는 기체상에서 광화학적 이산화탄소의 메탄 전환율이 12.49%를 나타냈다. 

연구팀이 개발한 광촉매는 수소화붕소나트륨을 이용해 이산화티타늄 표면의 산소 원자를 결손시켜 티타늄의 산화수를 4가에서 3가로 변환시킴으로써 밴드갭을 조절한 것이 특징이다.

이러한 변화는 광흡수량을 증가시키고 전하를 효율적으로 분리해 결과적으로 이산화탄소의 탄소 전환율을 높인다. 또한, 백금 나노입자를 이용하면 이산화탄소의 메탄 전환 효율을 29배 증가시킬 수 있다는 사실도 실험을 통해 증명됐다.

인수일 교수는 "이번에 개발한 광촉매는 지금까지 알려진 광촉매 물질들보다 이산화탄소 메탄 전환 효율이 우수할 뿐만 아니라 안정성도 뛰어나다"며 "전환 효율을 향상시키는 후속 연구를 진행해 이산화탄소 저감과 자원화 기술 발전에 기여할 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 '머티리얼즈 투데이(Materials Today)'에 지난 20일자 온라인판에 게재됐다.

인수일 DGIST 교수 연구팀이 개발한 광촉매를 사용했을 때 이산화탄소의 메탄 전환 효율을 나타내는 개념도.<자료=DGIST 제공>인수일 DGIST 교수 연구팀이 개발한 광촉매를 사용했을 때 이산화탄소의 메탄 전환 효율을 나타내는 개념도.<자료=DGIST 제공>
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