용기중·장현명 포항공대 교수와 이재성 UNIST(울산과학기술원) 교수 공동 연구팀이 인공광합성의 핵심기술인 새로운 '나노 광촉매 기술'을 개발하는데 성공했다고 30일 밝혔다.

나노 광촉매란 빛을 받아들여 화학반응을 촉진시키는 나노크기의 물질을 말한다.

인공광합성은 광전기화학적 반응을 기반으로 물 분해와 이산화탄소 전환을 통해 수소와 화학연료를 생산할 수 있는 시스템으로 미래 대체에너지 개발이라는 측면에서 많은 관심을 받고 있다.

인공광합성의 핵심적인 부분으로 광촉매로 시스템 효율 향상을 위해서는 비표면적이 넓은 나노구조의 고성능 광촉매 개발이 필수적이다. 특히 연구단계를 넘어 실제로 사용되기 위해서는 경제적이며 안정적인 고효율의 광촉매 개발이 요구된다.

브루카이트는 대표적인 광촉매 이산화티타늄의 결정구조로, 자연적으로 매우 희귀하고, 합성이 어려운 특징이 있어 연구가 거의 이루어지지 않았다.

연구팀은 간단한 용액반응을 이용해 독창적인 구조의 브루카이트 나노소재를 성공적으로 합성했다. 또한 합성된 나노총알 모양의 브루카이트 광촉매를 수소 도핑해 전기적 특성을 향상시켰으며, 이를 통해 인공광합성 광전극으로서 우수한 특성을 나타냄을 밝혀냈다.

연구팀에 따르면 기판 위에 나노광촉매를 직접 합성함으로써 광촉매의 회수가 쉽도록 하고, 전극소재로의 활용이 매우 편리하며, 지금까지 많이 연구되지 않은 새로운 결정구조의 나노 광촉매를 개발하였다는 점에서 활용의 폭을 넓혔다. 

용기중 교수는 "이번 연구 성과는 새로운 나노 광촉매를 개발할 수 있는 원천기술을 개발한 것이다"며 "친환경적으로 유해물 분해가 가능하고, 회수가 쉽기 때문에 향후 인공광합성을 통한 수소 생산 및 화학연료 제조 등 대체에너지 생산과 친환경 분야 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.