물·태양광만으로 이산화탄소를 메탄 등 유용 연료로 바꾼다

기초과학연, 효율 60배 높은 구리·이산화티타늄 광촉매 개발

기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단은 29일 이산화탄소를 메탄·에탄과 같은 유용한 탄화수소 에너지로 전환하는 광촉매를 개발했다고 밝혔다.

광촉매(photocatalyst)는 빛을 받아 화학반응을 매개하는 물질이다.

IBS 나노입자 연구단은 구리 원자와 이산화티타늄 광촉매 사이에서 일어나는 ‘금속-지지체 상호작용'(Metal-Support Interaction)에 주목했다.

이 현상은 지지체와 그 위에 올린 금속 촉매 사이에서 일어나는 화학작용을 말하는데, 촉매 활성을 높이기 위한 필수 요소지만 원자 단위에서는 정밀한 조정이 어려웠다.

연구진은 금속-지지체 상호작용을 원자 단위에서 조절하면 이산화탄소가 효과적으로 전환될 수 있는 활성점(active site)이 생긴다는 사실을 발견하고, 이에 기반해 단원자 구리·이산화티타늄 촉매를 설계했다.

이렇게 최적화된 광촉매는 기존 이산화티타늄 광촉매보다 60배 이상 높아진 효율로 이산화탄소를 메탄, 에탄과 같은 탄화수소 연료로 바꿨다.

현택환 단장은 “탄소중립 사회를 위해서는 탄소 사용을 줄이는 동시에 배출된 이산화탄소를 다시 화학연료로 바꾸는 과정이 필요하다”며 “추가 연구를 진행한다면 광촉매를 이용해 이산화탄소를 에탄올, 프로판올 등 고부가가치 화학물질로 전환하는 것도 가능하다”고 말했다.

인수일 대구경북과학기술원(DGIST) 교수팀, 김형준 한국과학기술원(KAIST) 교수팀이 공동으로 참여한 이번 연구 결과는 에너지 환경과학 분야 권위지인 ‘에너지와 환경과학'(Energy & Environmental Science)에 지난 9월 20일 온라인 게재됐다.

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