전복껍데기 모방해 인공광합성 효율 향상

빛을 흡수한 반도체 광전극은 전자 및 정공을 생성하고, 이 때 진주층 내의 산화그래핀을 통하여 정공이 매우 효율적으로 물분해 분자촉매에 전달되어, 물분해반응 효율이 크게 향상된다. 사진=한국연구재단

전복껍데기 안쪽의 반짝이는 진주층(nacre)을 모방해 인공광합성 소자를 제조하는 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 29일 UNIST 류정기 교수와 연세대 김병수 교수 공동연구팀이 산화그래핀과 분자촉매를 정교하게 조립해 인공 진주층을 만들고, 이를 통해 인공광합성의 효율을 대폭 향상시켰다고 밝혔다. 인공광합성은 식물이나 조류의 광합성처럼, 태양에너지를 이용해 유용한 화학물질을 생산하는 친환경 기술이다.

류정기 교수는 "이 연구는 높은 효율의 인공광합성 소자를 자연모방을 통해, 쉽고 간편하게 설계·개발한 것"라며, "향후 저탄소 녹색성장에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

효율적 인공광합성을 위해서는 백금·이리듐 등 희귀금속 또는 전이금속 촉매가 필수적인데, 기존에 연구된 촉매는 제조비용 및 효율성에 제약이 있어 실용화가 어려웠다.

연구팀은 금속을 극소량만 사용하면서도 촉매 활성이 높은 분자 형태의 촉매에 주목했다. 특히 분자촉매를 물 분해 반응이 일어나는 전극 표면에 안정적으로 고정하기 위해 전복껍데기 진주층 구조를 모방해 만들었고, 전극의 효율도 2.5배 가량 크게 증대시켰다.

인공광합성은 무한한 태양광 에너지를 활용해, 다양한 화학물질을 친환경적·탄소중립적으로 생산할 수 있다.

이 때문에, 화석연료의 고갈을 대비해 매우 중요한 기술이다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(신진연구), 나노·소재기술개발사업의 지원으로 수행됐다.

국제 저명학술지 'ACS 나노(ACS Nano)'에 22일 표지논문으로 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자