DGIST, 이산화탄소를 에너지로 전환하는 고효율 광촉매 개발

[이데일리 이연호 기자] DGIST는 에너지공학전공 인수일 교수팀이 이산화탄소를 메탄과 에탄 연료로 전환하는 세계 최고 효율 광촉매를 개발했다고 26일 밝혔다.

(a) 연구팀이 개발한 광촉매(Cu1.00%-Pt0.35%-BT)의 광전환 효율. (b) 고분해능 투과전자현미경(HRTEM)으로 측정한 광촉매 사진. 그래픽=DGIST.

지난 11일 미국 하와이 마우나로아 관측소에서 측정된 대기 중 이산화탄소 농도는 415.26ppm으로 1958년 관측 이후 역대 최고치를 기록했다. 5월의 갑작스러운 폭염도 이와 무관하지 않다. 이번 연구는 이산화탄소 저감을 통한 기후변화 대응 및 대체 에너지 관련된 분야에서 크게 주목받고 있다.

기존의 광촉매는 촉매 표면에서 전자와 정공이 재결합하며 에너지 효율이 감소하거나 에너지 생성에 필수적인 전자가 다른 물질로 전달되며 부산물이 형성되는 문제가 있었다. 이에 따라 전자와 정공의 재결합 방지와 전자 전달 효율 개선을 위해 주촉매의 반응을 도와주는 조촉매에 대한 연구가 현재 활발하다.

인수일 교수팀은 구리-백금 합금의 조촉매가 부착된 고효율 광촉매를 개발했다. 개발된 광촉매는 전자 전달 효율이 좋은 백금 위에 이산화탄소가 잘 흡착되는 구리가 결합된 합금을 주촉매인 이산화티타늄 위에 올린 구조로 빛에 의해 생성된 전자가 백금을 통해 구리 입자로 전달된다. 이때 대기 중 이산화탄소가 구리 입자 표면에 흡착되고 표면에 있던 전자와 반응해 에너지로 사용가능한 메탄과 에탄 가스가 탄생하게 된다.

인수일 교수팀은 이산화탄소 에너지 전환을 위한 촉매 개발과 전환 효율 연구를 꾸준하게 진행하고 있다. 이번에 개발한 광촉매는 순간 최고 전환 효율이 3.3%에 달할 만큼 우수해 향후 지구 온난화 및 에너지 고갈 문제 해결에 기여할 수 있는 산업 기술 개발에 적용될 것으로 기대된다.

DGIST 에너지공학전공 인수일 교수는 “현재 구리-백금 조촉매를 이용한 광촉매는 전환 효율이 높고 합성 공정이 비교적 간단해 향후 상용화에 매우 유리하다”며 “더 높은 전환효율을 보이는 후속 연구를 진행해 상용화를 앞당기겠다”고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 관련 분야 저널인 에너지&인바이러멘털 사이언스(Energy & Environmental Science) 온라인판에 게재됐다.