한국연구재단, ‘태양광 → 그린 수소’ 新광촉매 소개

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 태양광 가시광선에 감응해 탄소 배출 없이 그린 수소를 생산할 수 있는 친환경 질화 탄소 광촉매를 개발했다.

한국연구재단은 인하대 박성진·김정호 연구팀이 그린 수소를 생산할 수 있는 새로운 구조의 고효율 질화 탄소 광촉매를 개발하고 chraoo 성능과 질화 탄소 물질 구조간 상관관계를 분자수준에서 규명했다고 18일 밝혔다.

최근 그린 수소에 대한 높은 관심에도 불구하고 촉매 효율이 제한적이라는 기술적 한계가 있고, 기존에 우수한 성능을 보인 광촉매들은 대부분 금속을 함유하는 물질로써 환경오염을 유발할 수 있기 때문에 비금속 기반의 고성능 광촉매 개발이 중요하다.

이에 연구팀은 가시광선을 흡수하기에 적합한 ‘밴드 구조’를 가지며 무독성, 저비용 등의 장점을 지닌 비금속 기반의 질화 탄소물에 집중했다.

이는 차세대 광촉매 물질로 각광받고 있으나, 기존 방식으로 제조된 질화 탄소물에서는 2차원 연결구조 내 수소 결합들이 다수 존재하여 태양광에 의해 생성된 전하 운반자의 원활한 이동을 막아 광촉매 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

연구팀은 질화 탄소 소재의 생성 과정에서 물과 수증기를 첨가하는 친환경적인 방법을 이용, 수소 결합은 감소하고 전자 이동성은 향상된 질화 탄소 기반 광촉매를 개발했다.

이는 물을 사용하지 않고 만든 기존 질화 탄소 광촉매 보다 약 12배 뛰어난 수소 생산 광촉매 성능을 발휘하였고 높은 안정성과 내구성을 나타냈다.

또 분자 수준에서 수소 결합 감소, 결정성 증가 등을 보여 촉매 성능이 향상되는 것을 확인했다.

연구팀 관계자는 “그린 수소 생산의 상업화를 위해서는 촉매 성능의 극대화, 고효율 촉매의 대량 생산법 개발, 촉매 물질의 저독성, 친환경성 검증 등의 추가 연구가 필요하다”고 설명했다.