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한국연구재단, 고효율 인공광합성 기술 개발

[대전세종충남=아시아뉴스통신] 이기종기자 송고시간 2019-01-29 16:11

산화그래핀과 분자촉매를 정교하게 조립해 인공 진주층을 만들고, 이를 통해 인공광합성의 효율을 대폭 향상시킨 류정기·김병수 교수팀 연구는 국제 저명학술지 'ACS 나노(ACS Nano)'에 1월 22일 게재됐다. (자료제공=울산과기원 류정기 교수 연구팀)

한국연구재단(NRF)은 울산과학기술원(UNIST) 에너지공학과 류정기 교수와 연세대학교 김병수 교수 공동연구팀이 산화그래핀과 분자촉매를 정교하게 조립해 인공 진주층을 만들고, 이를 통해 인공광합성의 효율을 대폭 향상시켰다고 29일 밝혔다.
 
식물의 광합성을 모방한 인공광합성은 무한한 태양광 에너지를 이용하여 물과 이산화탄소 등으로부터 수소 및 다양한 화학물질을 생산할 수 있는 기술이며, 자연친화적 특성으로 인해 미래 에너지 기술로 주목받고 있다.
 
인공광합성을 통해 효율적으로 화학물질을 생산하기 위해서는 화학반응의 선택성 및 속도를 향상시킬 수 있는 촉매의 사용이 필수적이다. 그러나 기존에 연구된 촉매는 제조 비용 및 효율 측면에서 제약이 있어 실용화가 어려운 실정이다.
 
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 금속을 극소량만 사용하면서도 촉매 활성이 높은 분자 형태의 촉매에 주목하고, 분자촉매를 물 분해 반응이 일어나는 전극 표면에 안정적으로 고정하기 위해 전복껍데기 진주층 구조를 모사해 전극의 효율도 2.5배 가량 크게 증대시켰다.
 
이번 연구에 영감을 준 전복껍데기의 진주층은 탄산칼슘과 유기물이 교대로 겹겹이 쌓인 구조이며, 이때 키틴과 같은 유기물이 접착제 역할을 하여 판상의 탄산칼슘을 고정시키고 전복껍데기의 강도를 향상시켰다.
 
특히 분자촉매와 유기물을 전극 표면에 층상으로 쌓을 때 활용된 유기물은 산화그래핀이며, 이 산화그래핀이 접착제로서의 역할뿐만 아니라 전극에서 생성된 전하를 촉매까지 효율적으로 전달해준다는 것도 밝혀졌다.

류정기 교수는 “이 연구는 높은 효율의 인공광합성 소자를 자연모방을 통해 쉽고 간편하게 설계‧개발한 것”이라며, “향후 저탄소 녹색성장에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
 
이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업, 나노‧소재기술개발사업의 지원으로 수행됐고, 국제 저명학술지 'ACS 나노(ACS Nano)'에 1월 22일 게재됐다.



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