화학뉴스

국내 연구진이 과산화수소를 생산하기 위한 고효율‧고내구 광전기화학전지(PEC)를 개발했다.
연세대학교와 포항공과대학교(POSTECH)가 개방·공유 캠퍼스 협력 사업을 통한 공동연구를 기반으로 친환경적인 과산화수소 생산용 고효율·고안전성 광전기화학전지를 개발했다고 밝혔다.
연세대 건설환경공학과 김형일 교수, POSTECH 환경공학부 최원용 교수, 전태화 박사가 수행한 연구로, 에너지 분야 국제저명학술지인 Energy & Environmental Science 6월1일 온라인판 표지논문으로 게재됐다.
과산화수소는 소독이 필요한 의료용품, 폐수처리, 반도체 공정 등에 폭넓게 사용되고 있으며, 특히 반도체 공정의 세정제로는 일본의 수출규제 품목인 불화수소보다 100배 이상 많이 사용되고 있다.
다만, 현재의 생성공정은 고가의 귀금속 촉매와 많은 에너지를 필요로 하며 환경오염 부산물을 생산한다는 한계가 있다.
연구에서 개발한 광전기화학전지는 태양에너지, 물, 산소를 이용해 과산화수소를 생산하는 친환경적인 기술로 현재의 과산화수소 생성공정의 대안으로 주목받고 있다.
단일전극을 사용해 과산화수소를 생산하는 일반적인 (광)전기화학전지와 달리 연구에서는 양극과 음극을 모두 사용하는 새로운 2중 과산화수소 생성 광전기화학시스템을 개발했다.
양극에서는 물, 음극에서는 산소로부터 과산화수소를 동시에 생성해 패러데이 효율을 획기적으로 높인 것으로 알려졌다.
광양극으로는 물을 이용한 과산화수소 생성에 열역학적으로 가장 적합한 비스무스바나데이트(BiVO4)를 사용해 물을 직접 과산화수소로 산화시켰으며, 음극에는 단일벽(SW) CNT(Carbon Nano Tube)와 안트라퀴논(Anthraquinone)을 결합해 사용함으로써 산소로부터 과산화수소를 생성했다.
또 뛰어난 과산화수소 생성효율을 보이나 낮은 안전성을 가진 양극 광촉매인 BiVO4에 몰리브덴(Mo)을 도핑하고 인산염(Phosphate)을 증착해 기존 BiVO4 전극 대비 패러데이 효율을 3배, 안전성을 300배 이상 향상시킨 것으로 확인됐다.
해당 연구에서 제시한 광전기화학전지는 기존의 과산화수소 생산용 광전기화학전지가 가진 한계인 낮은 패러데이 효율 및 안전성 문제를 획기적으로 개선한 시스템으로, 광전기화학전지 시스템의 상용화에 교두보적인 역할을 할 것으로 기대된다. (K)