KAIST(총장 신성철)가 금 촉매 양은 줄이면서 탄소자원화 효율은 극대화할 수 있는 기술을 개발했다. 탄소자원화 수율을 높이는 핵심 기술로 쓰일 전망이다.
KAIST는 오지훈 EEWS 대학원 교수팀이 금을 다공성 박막 형태로 실리콘 전극에 결합, 이산화탄소 분해율을 90%로 높인 광전극 구조를 개발했다고 23일 밝혔다.
금은 이산화탄소를 일산화탄소로 환원하는 대표 전기 촉매다. 그러나 불투명한 금 입자가 광 전극을 가리면서 환원 반응을 방해, 성능이 낮았다. 반응을 위한 필요 전압(과전압)이 높고, 소요되는 에너지 크기에 비해 일산화탄소 생산성이 낮은 데다 가격도 비싸서 널리 쓰이지 않았다.
연구팀은 기존의 나노 입자 형태 대신 나노 박막 형태의 금을 실리콘 전극에 증착시켰다. 두께를 0.1㎜에서 200나노미터(㎚)로 대폭 줄였다. 구멍이 뚫린 메시 패턴 구조를 적용, 빛도 잘 전달되게 했다.
연구팀은 이 기술을 적용, 기존보다 성능이 월등한 광 전극 제작에 성공했다. 나노 박막에 형성된 `그레인 경계면`이 촉매 특성을 극대화했다. 그레인 경계면은 환원 반응 활성층이다. 과전압을 낮추고 반응 효율을 높이는 역할을 한다.
기존의 광 전극은 이산화탄소를 일산화탄소로 환원하기 위해 약 700밀리볼트(㎷)의 과전압이 필요했다. 그러면서도 이산화탄소 분해율이 50%를 넘기 어려웠다. 반면에 새로운 광 전극은 480㎷ 과전압에서 이산화탄소가 90% 이상 분해됐다.
연구팀은 이 기술을 다른 광 전극, 촉매 소재에 활용할 수 있다고 설명했다.
오 교수는 “다양한 반도체 촉매 재료를 적용할 수 있는 광 전극 구조 체계를 개발했다”면서 “앞으로 광 전극 효율을 크게 향상시킬 수 있는 길을 마련했다”고 의미를 부여했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
