KAIST EEWS대학원 강정구·김용훈 교수팀은 태양광으로 이산화탄소를 메탄올로 변환하는 데 쓰이는 광촉매를 개발했다고 26일 밝혔다.
식물의 광합성 효과를 모방한 인공광합성 기술을 이용하면 태양에너지만으로 메탄올과 같은 고에너지 밀도의 화학물질을 제조할 수 있다. 이런 반응을 이끌어내려면 백금, 금, 루테늄 같은 금속 광물이 필요하지만, 에너지 변환효율이 낮은 문제를 해결하지 못해 광촉매 물질의 보호막 정도로만 사용되고 있었다.
연구팀은 문제 해결을 위해 '콜드 플라즈마' 반응을 기반으로 한 기술을 이용했다. 기존 산화물 공정은 한 물질에 질소와 수소 처리를 동시에 구현하는 것이 불가능했지만, 기체 콜드 플라즈마 기술을 이용하면 상온에서도 고 반응성 수소와 질소 라디칼을 형성할 수 있다. 이를 통해 연구팀은 순간적 반응만으로 금속 산화물 내부에 질소와 수소를 동시에 주입하는 데 성공했다.
연구팀은 이 기술로 자외선(UV)영역에 국한되던 이산화티타늄의 빛 감지 범위를 가시광선 영역까지 확대시켰고, 전자 전달 능력을 1만 배 높여 귀금속 광물 없이도 이산화탄소를 메탄올로 변환시키는 데 성공했다고 설명했다. 연구팀이 개발한 이산화티타늄 광촉매는 해당 물질이 갖는 이론적 한계치의 74%에 달하는 광전류를 발생시켰고, 이산화탄소를 이용한 메탄올 발생량이 25배 이상 향상됐다.
강정구 교수는 "이 기술을 기반으로 앞으로 산업체에서 대량 생산할 수 있도록 기술을 발전시키는 것이 목표"라고 말했다.
이번 연구 결과는 에너지 분야 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼스(Advanced Energy Materials)'에 게재됐다.
