태양광을 이용해 저가 친환경 수소에너지를 대량으로 확보할 수 있는 길이 열렸다.
유종성 대구경북과학기술원(DGIST, 총장 신성철) 에너지시스템공학전공 교수팀은 친환경 대체에너지인 수소 에너지 생산의 기존 단점을 극복하고 고효율 생산이 가능한 새로운 합성법을 개발했다고 14일 밝혔다.
과거 수십년간 광촉매 수소 생산을 위해 비교적 저렴한 가격과 안정적이고 친환경적인 이산화 타이타늄(TiO2)를 이용한 연구가 진행돼 왔다. 하지만 자외선 영역에서만 활성이 우수하고, 태양광의 대부분인 가시광 영역에서는 활성이 거의 안돼 실제 활용에는 걸림돌이 돼 왔다.
유 교수 연구팀은 마그네슘과 수소를 이용한 새로운 합성법을 적용, 기존 흰색의 TiO2에서 산소가 결핍된 검정색의 타이타니아 소재를 합성하는데 성공했다.
이번에 개발된 합성법으로 제조된 블랙 타이타니아는 광활성이 우수하지 못했던 기존 단점을 극복했다. 태양광에서 수소 생산에 적합한 고효율의 광활성 특성과 안정성이 확인됐다.
개발된 새로운 합성법은 강력한 환원제인 마그네슘과 수소 가스를 동시에 활용함으로써 반도체 산화물에서 산소가 결핍돼 형성되는 활성점을 최대화하고, 재결합센터의 생성을 억제 및 조절할 수 있는 가능성을 확보했다.
이번 연구를 통해 합성된 블랙 타이타니아는 전기전도도를 향상시키고 활성점인 산소 결함자리를 안정적으로 형성해 광활성 소재는 물론 연료전지, 이차전지, 센서 등 다양한 분야에 응용이 가능하다.
유종성 교수는 “이번 연구는 오랫동안 추구해온 가시광 감응 고효율 수소 생성 광촉매 개발에 새로운 실마리이자 다양한 응용 분야 신소재 개발에 돌파구를 제공하게 될 것”이라며 “앞으로 저가의 친환경 대량 수소 생성을 통해 수소 경제 사회로의 진입에 일조할 수 있을 것”이라고 말했다.
한편, 교육과학기술부 ‘도약연구 및 글로벌 프론티어’ 과제로 진행된 이번 연구는 최근 에너지 분야 세계 최고 저널 중 하나인 ‘에너지 앤 엔바이런멘탈 사이언스(Energy & Environmental Science)’ 온라인판에 게재됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
