형광등 빛으로 CO2 제거…IBS, 고효율 촉매 개발

가시광선 사용해 이산화탄소를 일산화탄소·산소로 변환

기존 촉매대비 효율↑, 국제학술지에 발표

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 경제성이 대폭 높아진 이산화탄소 제거 촉매가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

 기초과학연구원(IBS)은 나노구조물리연구단 이효영 부연구단장이 가시광선을 이용해 이산화탄소를 산소와 일산화탄소로 변환하는 고효율 촉매를 개발했다고 20일 밝혔다.

이 촉매는 가시광선으로 화학반응이 가능해 실내에서 사용할 수 있고 연료로 변환 가능한 일산화탄소를 일반 촉매보다 200배, 기존 가장 우수한 촉매보다 15배 많이 생산할 수 있어 경제성이 매우 높다.

자외선 차단제, 탈취·살균제 등에 쓰이는 '아타나제-루타일 이산화티타늄(TiO2)'은 자외선을 흡수하면서 물과 이산화탄소를 메탄, 일산화탄소, 다량의 산소로 변환하는 촉매다.

 기존 이산화탄소를 산소로 바꾸는 촉매는 부산물로 유용한 화합물인 메탄과 일산화탄소 등을 내놨으나 이번에 IBS서 발명한 촉매는 메탄없이 일산화탄소만 다량으로 방출한다.

이번 연구에 앞서 IBS 이효영 부단장은 지난해 9월 아나타제-루타일 이산화티타늄에서 아나타제 결정을 환원해 가시광선으로 작동하는 촉매 '비결정아나타제-결정루타일 이산화티타늄'제조에 성공하고 '이효영의 블루 이산화티타늄'으로 이름 붙였다.

 이어 이번 연구에서는 이효영의 블루 이산화티타늄을 개선해 메탄없이 일산화탄소만 생산하는 촉매를 개발하는 데 성공했다.

연구진은 생산 효율을 향상시키기 위해 촉매가 빛을 흡수하며 생성하는 전하의 수와 이동성을 높이는 실험을 고안했다.

 연구진은 "이효영의 블루 이산화티타늄에 다른 물질을 도핑, 불균일한 구조를 만들면 전하 생성이 증가해 광효율이 향상될 것으로 예상했다"면서 "도핑 재료로 일산화탄소 발생률을 높일 수 있는 은을 포함해 3가지 후보 물질을 시도하고 가장 안정적인 조합인 텅스텐산화물과 은을 도핑해 하이브리드 촉매를 만들었다"고 설명했다.

이렇게 만들어진 하이브리드 촉매는 흡수된 빛 중 34.8%를 촉매 변환에 활용하고 이산화탄소-산소 변환 과정에서 메탄 없이 100% 일산화탄소만 발생시켰다.

이는 기존 촉매보다 3배 높은 광효율이며 일산화탄소 양은 기존 이산화티타늄 촉매보다 200배, 학계에 보고된 가장 우수한 촉매보다 15배 많은 수치다.

또 기존 이산화티타늄 공정이 고온·고압의 기체를 다뤄 위험성이 큰 데 비해 상온·상압에서 액체상으로 합성해 안전하다는 장점도 있다.

이효영 부단장은 "가시광선으로 작동하는 블루이산화티타늄 제조에 관한 원천기술을 확보하고 이를 이용해 새로운 가시광촉매를 개발했다"면서 "이번에 개발한 촉매는 미세먼지와 병원 내 병원균 등을 제거하는 데에도 우수한 성능을 보였다"고 말했다.

연구결과는 화학·재료분야 국제 학술지 '머터리얼스 투데이(Materials Today)'지 온라인판에 지난 3일자로 게재됐다. 논문명 Highly efficient nanostructured metal-decorated hybrid semiconductors for solar conversion of CO2 with almost complete CO selectivity.


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