DGIST 연구팀, 美 칼텍과 기술 확보
[대구=뉴시스] 박준 기자 = 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 인수일 교수 연구팀은 미국 캘리포니아공과대학교(Caltech) 윌리엄 고다드(William A. Goddard III) 교수 연구팀과 서로 다른 역할을 하는 두 종류의 조촉매를 결합해 태양광으로 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 광촉매의 성능을 크게 높이고 그 작동 원리를 규명했다.
28일 DGIST에 따르면 연구팀은 대표적인 광촉매 소재인 이산화티타늄(TiO₂) 표면에 2차원 소재인 몰리브덴셀레나이드(MoSe₂)와 백금(Pt) 나노입자를 결합한 삼원계 구조의 'Pt/TiO₂-MoSe₂' 광촉매를 개발했다.
두 조촉매가 서로 다른 역할을 수행하도록 설계해 빛으로 생성된 전자가 이산화탄소 환원 반응에 효율적으로 활용되도록 했다.
본래 층상 구조를 띠는 MoSe₂는 쉽게 뭉치거나 변형돼 안정적으로 유지하기 어렵다는 한계가 있다.
연구팀은 TiO₂와 MoSe₂가 맞닿는 계면을 정밀하게 설계해 TiO₂에서 MoSe₂로 전자가 지속적으로 전달되도록 했다. 이를 통해 불안정한 1T-MoSe₂ 구조를 안정적으로 고정하고 촉매의 활성과 안정성을 높였다. 또 백금 나노입자가 빛으로 생성된 전자를 빠르게 모아 환원 반응을 촉진하도록 했다.
MoSe₂가 이산화탄소 반응이 일어나기 쉬운 환경을 만들고 백금이 전자의 이동을 도우면서 두 조촉매가 상호 보완적으로 작용하는 구조다.
개발된 광촉매는 빛을 한곳에 모으는 집광형 반응기에서 메탄 생산량 17.81 μmol/g을 기록했다. 일반적인 광조사 조건보다 약 3배, 기존 TiO₂ 광촉매보다 약 65배 높은 성능이다.
연구팀은 실험과 이론 계산을 통해 집광에 따른 광자 공급 증가와 촉매 계면에서의 효율적인 전자 이동이 메탄 생산 성능을 높이는 핵심 요인임을 확인했다.
이번 연구는 한국연구재단 나노미래소재원천기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
연구 결과는 엘스비어(Elsevier)가 발행하는 국제학술지 어플라이드 카타르시스 엔비롭먼트 앤 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)에 게재됐다.
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