국내 연구팀이 태양 빛으로 수소를 만들 때 효율을 획기적으로 높이는 기술을 개발했다.
교육과학기술부는 포스텍(포항공과대) 이재성 교수팀이 햇빛을 받으면 물을 전기분해해 수소와 산소로 만드는 광촉매 전극의 전자 손실을 줄이는 방법으로 수소의 생산 효율을 높였다고 1일 밝혔다.
광촉매 전극이 빛에너지를 흡수하면 전자가 빠져 나와 물과 반응해 수소로 전환된다. 광촉매 전극에는 주로 햇빛의 가시광선을 많이 흡수하면서 저렴하고 대량생산할 수 있는 재료를 쓴다.
대표적인 재료가 비스무스 바나데이트인데, 이는 넓은 영역의 빛을 흡수하는 대신 전자의 수소 전환 효율이 낮다는 단점이 있다.
이 교수팀은 비스무스 바나데이트에 산화텅스텐을 접합시켜 광전극의 단점을 극복했다. 산화텅스텐은 빛에너지를 수소로 전환하는 효율이 높다.
이 교수는 "비스무스 바나데이트가 산화텅스텐보다 에너지 레벨이 높아 전자가 산화텅스텐 쪽으로 이동한다"고 말했다.
비스무스 바나데이트가 많은 빛을 흡수해 전자를 만들면, 전자들이 수소 전환 효율이 높은 산화텅스텐으로 이동해 많은 수소를 생산할 수 있게 된 것이다.
이렇게 개발된 이종접합(heterojunction) 광촉매 전극은 기존의 산화텅스텐 광전극보다 수소 전환 효율이 74% 높다고 연구진은 밝혔다.
또한 광촉매 전극의 표면 입자를 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ)급 크기의 막대 형태로 만들어 기존 광전극보다 성능을 4배까지 높였다고 덧붙였다. 막대의 축을 따라서 전자의 흐름이 빨라진 것이다.
이 교수는 "이 같은 연구가 지속되면 2020년께 양질의 수소를 경제적으로 대량생산할 수 있을 것"이라고 말했다.
두 개 기술을 밝힌 이번 연구성과는 에너지·환경분야의 최고 학술지인 '에너지 앤 인바이런먼털 사이언스(Energy and Environmental Science, IF=9.5)'와 나노기술 및 재료 분야의 권위 있는 학술지인 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials, IF=10.9)'에 각각 게재됐다./온라인뉴스부
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