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빛 에너지 이용 '인공광합성 반응 원리' 규명

주오심 KIST 박사팀, 연구결과 '안게반테 케미' 게재
인공광합성 모사 시스템 디자인에 주요 이론적 배경 될 것
KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 주오심 청정에너지연구센터 박사팀이 인공광합성 기술을 통해 이산화탄소 환원 고효율 반응 유도원리를 규명했다고 22일 밝혔다.
 
자연광합성을 모사하는 인공광합성기술은 지구온난화의 주범으로 알려진 이산화탄소를 고부가가치 물질로 바꿀 수 있는 기술로 주목받고 있다.
 
현재 인공광합성은 두가지 방법이 있다. 태양광을 전지 에너지로 바꿔 이용하는 방법과, 빛 에너지를 직접이용하는 방법이다. 하지만 실제 자연광합성과 달리 인공광합성에서는 수소가 발생해 효율이 높지 못했다. 많은 연구자들이 촉매를 활용해 수소 반응은 줄이면서, 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하는 이산화탄소 환원반응을 선택적으로 일으키는 연구를 진행 중이다.
 
이에 연구진은 광전극과 조촉매를 이용해 빛 에너지를 직접 공급, 자연 광합성처럼 이산화탄소 환원 반응만 일어나게 할 수 있음을 밝혀냈다.
 
특히 인공광합성에 전기 에너지를 이용할 때 이산화탄소 환원 반응을 위해 높은 에너지를 사용하면 수소 발생 반응이 쉽게 일어나는 것을 알아냈다. 반면 빛 에너지를 공급할 경우, 반도체의 전자가 이산화탄소환원 반응에만 적합한 수준의 에너지를 갖게돼 수소발생 반응이 일어나지 않는 것을 규명했다.
 
연구진은 이러한 사실을 바탕으로 빛 에너지 공급조건에서 98% 이상의 전자가 이산화탄소 환원 반응을, 전기에너지 공급 조건에서 14%만 이산화탄소 환원 반응에 사용되는 것을 확인했다.
 
연구를 주도한 채상윤 박사와 주오심 박사.<사진=KIST 제공>연구를 주도한 채상윤 박사와 주오심 박사.<사진=KIST 제공>
주오심 박사는 "이번 결과는 앞으로 인공광합성 모사 시스템을 디자인할 때 중요한 이론적 배경이 될 것"이라고 말했다.
 
이번 연구결과는 화학 분야 국제 저널인 '안게반테 케미(Angewandte Chemie)' 최신호 표지논문으로 게재됐다.
 
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