태양광으로 수소 생산 가능한 친환경 광촉매 개발

태양광을 이용해 수소를 고효율로 생산하는 생체고분자 기반 광촉매가 개발됐다.

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 소재분석연구부 김해진 박사가 주도하는 국제 공동연구팀이 기존 반도체 촉매보다 수소생산 효율이 높은 생체고분자 기반 광촉매를 개발했다고 15일 밝혔다.

수소는 차세대 친환경 연료로 평가받고 있지만 수소를 생산하려면 천연가스 등 화학연료에 기인하거나 막대한 전기에너지로 물을 분해해야 했다.

태양광만으로 물을 분해해 수소를 생산하는 광촉매 기반 수소 생산 방법은 생산 효율과 광안정성(빛에 의한 변형을 견뎌내고 기능을 유지하는 정도)이 낮아 산업에 활용되는 데 한계가 있었다.

연구팀이 개발한 광촉매는 황화아연 반도체 나노막대기에 생체고분자 물질인 폴리도파민을 나노미터(㎚) 수준으로 균일하게 코팅한 ‘생체고분자·반도체’ 복합체다.

이 광촉매 1ｇ을 이용하면 시간당 48.5㎖의 수소 기체를 생산할 수 있다. 기존 반도체 촉매보다 수소생산 효율이 220% 높아진 것이다.

연구원은 “24시간 동안 빛에 노출된 후에도 약 78%의 수소 생산효율을 유지하는 광안정성을 보였다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 인천대 김연호 교수 연구팀과 폴란드 아담 미츠키에비츠 대학교·스페인 바르셀로나 대학도 함께 했다. 연구 성과를 담은 논문은 최근 국제 학술지 ‘응용 촉매 B-환경’(Applied Catalysis B: Environmental)에 실렸다.