교육과학기술부는 포스텍(포항공과대)의 이재성 교수팀이 햇빛을 받으면 물을 전기분해해 수소와 산소로 만드는 광촉매 전극의 전자 손실을 줄이는 방법으로 수소의 생산 효율을 높였다고 1일 밝혔다.
광촉매 전극이 빛 에너지를 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 빛 에너지를 수소로 전환하는 효율이 높다.
이 교수는 "비스무스 바나데이트가 산화텅스텐보다 에너지 레벨이 높아 전자가 산화텅스텐 쪽으로 이동한다"고 말했다.
이렇게 개발된 이종접합(heterojunction) 광촉매 전극은 기존의 산화텅스텐 광전극보다 수소 전환 효율이 74% 높다고 연구진은 밝혔다.
또 광촉매 전극의 표면 입자를 ㎚(10억분의 1ｍ)급 크기의 막대 형태로 만들어 기존 광전극보다 성능을 4배까지 높였다고 덧붙였다. 막대의 축을 따라 전자의 흐름이 빨라진 것이다.
이 교수는 "이 같은 연구가 지속되면 오는 2020년께 양질의 수소를 경제적으로 대량생산할 수 있을 것"이라고 말했다.
이번 연구성과는 에너지ㆍ환경 분야의 최고 학술지인 '에너지 앤드 인바이런멘틀 사이언스'와 나노기술 및 재료 분야의 권위 있는 학술지인 '어드밴스드 머티리얼스'에 각각 게재됐다.
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