[충청뉴스 이성현 기자] 기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단 현택환 단장 연구팀이 KAIST 김형준 교수팀과 DGIST 인수일 교수팀과 이산화탄소를 메탄·에탄 같은 유용한 탄화수소 에너지로 전환하는 광촉매를 개발했다고 29일 밝혔다.
광촉매(photocatalyst)는 태양광 에너지를 화학연료로 직접 전환할 수 있는 친환경 시스템이다.
이번 연구에선 단원자 구리·이산화티타늄 광촉매가 이산화탄소와 원자 단위에서 상호작용하는 메커니즘을 규명하고, 이를 바탕으로 태양광과 물만 이용하여 이산화탄소를 화학연료로 전환시키는 촉매 개발에 성공했다.
연구진은 우선 안정화된 구리 원자와 이산화티타늄 광촉매 사이에서 일어나는 ‘금속-지지체 상호작용’에 주목했다. 지지체와 그 위에 올려진 금속촉매 사이에서 일어나는 화학작용을 말한다.
촉매의 활성을 높이기 위한 필수 요소지만, 원자 단위의 정밀한 조정이 어려웠다.
연구진은 금속-지지체 상호작용을 원자 단위에서 조절하면 이산화탄소가 효과적으로 전환될 수 있는 활성점이 생긴다는 사실을 발견하고, 이에 기반하여 단원자 구리·이산화티타늄 촉매를 설계했다.
이렇게 최적화된 광촉매는 기존 이산화티타늄 광촉매에 비해 60배 이상 높아진 효율로 이산화탄소를 메탄, 에탄과 같은 탄화수소 연료로 전환시킬 수 있었다.
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 더 고부가가치의 화학물질로 전환시키는 것도 가능할 것”이라고 설명했다.
