DGIST, 이산화탄소 메탄으로 전환하는 광촉매 기술 개발

[대구=뉴시스] 박준 기자 = 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 광촉매 기술이 개발됐다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 물에 취약한 신소재 맥신(MXene)의 안정성을 높여 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 광촉매 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

이번 연구에는 DGIST 에너지공학과 인수일 교수 연구팀과 한국교통대학교 인인식 교수, 한양대학교 이태경 교수, 태국 쭐랄롱꼰대학교(Chulalongkorn University) 수라텝 키아우홈(Soorathep Kheawhom) 교수 연구팀이 함께 참여했다.

연구팀은 이산화탄소 전환 효율을 높이기 위해 전기전도성이 뛰어난 2차원 나노소재 맥신에 주목했다.

하지만 맥신은 물과 산소에 노출되면 쉽게 산화돼 성능이 떨어지는 한계가 있다. 맥신은 전자의 이동을 돕고 구리는 이산화탄소가 메탄으로 전환되는 반응을 촉진해 전체 반응 효율을 높인다.

이에 연구팀은 맥신 표면에 유기 고분자를 결합해 보호막을 형성하는 표면 개질 기술을 적용해 물이 있는 환경에서도 안정적으로 성능을 유지하도록 했다.

이어 표면 개질 맥신(f-MXene)에 빛을 받아 화학반응을 일으키는 환원 이산화티타늄(Reduced TiO₂, RT)과 구리 나노입자를 결합해 새로운 광촉매도 제작했다.

실험 결과 연구팀이 개발한 Cu/f-MXene/RT 광촉매의 메탄 생산량은 18.1 μmol/g으로 환원 이산화티타늄(RT)만 사용했을 때보다 약 200배 높은 성능을 나타냈다.

또 실험과 이론 계산을 통해 표면 개질 맥신과 구리 나노입자가 전자 이동과 메탄 생성 반응을 촉진하는 원리도 확인했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 나노미래소재원천기술개발사업, 교육부의 기초과학연구사업, 산업통상자원부의 산업기술혁신사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 에너지·재료 분야 국제학술지 어드벤스드 에너지 머테리얼스(Advanced Energy Materials)에 게재됐다.


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