화학뉴스

국내 연구진이 그래핀을 씌운 TiO2(Titanium Dioxide)로 이산화탄소(CO2)를 선택적 전환하는데 성공했다.
DGIST(총장 손상혁)는 인수일 에너지공학전공 교수 연구팀이 이산화탄소를 메탄(Methane)이나 에탄(Ethane)처럼 활용 가능한 에너지로 선택해 전환할 수 있는 광촉매를 개발하는데 성공했다고 8월6일 밝혔다.
최근 환경문제와 미래 연료 생산 문제 해결을 위해 이산화탄소와 물을 탄화수소계 연료로 전환하는데 필수인 광촉매에 대한 연구가 각광받고 있다.
그동안 주로 밴드갭이 큰 반도체 물질을 많이 사용했으나 다양한 영역의 태양에너지를 흡수하는데 제한이 있다는 지적이 제기돼왔다.
이에 따라 태양에너지 흡수 영역을 증가시키기 위한 광촉매 구조 및 표면을 개선하거나 전자의 전달이 우수한 2차원 소재를 활용하는 광촉매 연구가 진행되고 있다.
인수일 교수 연구팀은 안정적이고 효율적인 방법으로 환원된 TiO2에 그래핀을 씌워 이산화탄소를 메탄(CH4)이나 에탄(C2H6)으로 전환할 수 있는 고효율 광촉매를 개발했다.
해당 광촉매는 기체상에서 이산화탄소를 선택적으로 메탄과 에탄으로 전환할 수 있으며 메탄 및 에탄 생성량이 각각 259umol/g, 77umol/g으로 기존의 환원된 TiO2 광촉매 보다 5.2%, 2.7% 높아진 전환율을 나타냈다.
에탄 생성량도 비슷한 실험 조건에서 세계 최고 효율을 달성했다.
또 연구팀은 영국 Imperial College London 화학과 제임스 듀란트 교수 연구팀과의 광전자분광학을 이용한 국제 공동연구를 통해 TiO2과 그래핀 계면에서 보이는 밴드 굽힘 현상으로 인해 정공이 그래핀으로 움직인다는 사실을 최초로 증명했다.
연구팀이 개발한 촉매 물질은 태양광을 이용해 선택적으로 더 높은 차수의 탄화수소계 물질을 생성함으로써 고부가가치 물질 생산 등 다양한 분야에 응용이 가능하고 지구온난화 문제 및 에너지 자원 고갈 문제 해결에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
연구 결과는 에너지 분야 국제학술지 Energy & Environmental Science 온라인판에 7월19일 게재됐다. <강윤화 기자>