가시광선으로 작동하는 ‘이효영의 블루 이산화티타늄’(IBS 제공)© 뉴스1

국내 연구진이 가시광선을 이용해 이산화탄소를 산소로 바꾸는 촉매를 개발했다.

현재 가장 우수한 촉매보다 15배 많이 생산할 수 있다.기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 나노구조물리 연구단 이효영 부연구단장(교신저자)이 가시광선을 이용해 이산화탄소를 산소와 일산화탄소로 변환하는 촉매를 개발했다고 20일 밝혔다.

연구진은 아나타제-루타일 이산화티타늄에서 아나타제 결정을 환원해 가시광선으로 작동하는 촉매 ‘비결정아나타제-결정루타일 이산화티타늄’ 제조에 성공한 바 있다.

연구진은 ‘이효영의 블루 이산화티타늄’으로 불리는 이러한 성과의 후속 연구를 통해 메탄 없이 일산화탄소만 생산하는 촉매를 개발했다.

연구진은 생산 효율을 향상시키기 위해 촉매가 빛을 흡수하며 생성하는 전하의 수와 이동성을 향상시키기 위한 실험을 고안했다. ‘이효영의 블루 이산화티타늄’에 다른 물질을 도핑해 불균일한 구조를 만들면 전하 생성이 증가해 광효율이 향상될 것으로 예상했다.

연구진은 도핑 재료로 일산화탄소 발생률을 높일 수 있는 은을 포함해 3가지 후보 물질을 시도하고, 가장 안정적인 조합인 텅스텐산화물과 은을 도핑해 하이브리드 촉매를 만들었다.

이렇게 만들어진 하이브리드 촉매는 흡수된 빛 중 34.8%를 촉매 변환에 활용하는데 이는 기존 촉매보다 3배 높은 광효율이다.

또 이산화탄소-산소 변환 과정에서 메탄 없이 100% 일산화탄소만 발생시켰는데 이는 부산물을 단일화한다는 점에서 경제성이 높다.

일산화탄소 양은 기존 이산화티타늄 촉매보다 200배, 학계에 보고된 가장 우수한 촉매보다 15배 많이 발생했다.

이밖에 기존 이산화티타늄 공정이 고온·고압의 기체를 다뤄 위험성이 큰 데 비해 상온·상압에서 액체상으로 합성해 안전하다.

이효영 IBS 나노구조물리 연구단 부연구단장(IBS 제공)© 뉴스1

이효영 부연구단장은 “가시광선으로 작동하는 블루이산화티타늄 제조에 관한 원천기술을 확보하고 이를 이용해 새로운 가시광 촉매를 개발했다”며 “개발한 촉매는 미세먼지와 병원 내 병원균 등을 제거하는 데 우수한 성능을 보였다”고 말했다.

이번 연구 결과는 화학·재료분야 세계적인 권위지인 ‘머터리얼스 투데이(Materials Today)' 온라인 판에 지난 3일 게재됐다.


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