인공광합성 시스템 디자인 시 중요한 이론적 배경 기대
【서울=뉴시스】이국현 기자 = 국내 연구진이 빛 에너지를 이용한 인공 광합성 반응의 원리 규명에 성공했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 청정에너지연구센터 주오심 박사팀이 자연에서 발생하는 광합성을 모사하는 인공광합성 기술에서 반도체 전극과 금속복합체를 이용해 빛의 유무에 따른 반응의 차이와 원리를 규명했다고 22일 밝혔다.
최근 자연의 광합성을 모사해 급증하는 온실가스인 이산화탄소를 고부가가치 물질로 바꿀 수 있는 인공광합성 기술이 주목받고 있다. 연구진은 빛의 유무에 따라 인공광합성 반응 경로가 달라지는 점을 밝히고, 이산화탄소로부터 고부가가치 물질인 일산화탄소를 선택적으로 생산해 주목을 받았다.
자연에 존재하는 광합성에서는 광합성 시스템과 효소를 활용해 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하는 이산화탄소 환원 반응만 일어난다.
현재 인공광합성은 태양광을 전기에너지로 바꾼 후 이용하는 방법과 빛 에너지를 직접 이용하는 방법이 있다. 하지만 두 방법을 사용했을 때 차이가 아직 알려지지 않아 인공광합성 기술 설계에 큰 어려움이 있었다.
이에 연구진은 광전극과 조촉매를 이용해 빛 에너지를 직접 공급하면 자연 광합성처럼 이산화탄소 환원 반응만 일어나게 할 수 있다는 사실을 밝혔다.
전기에너지를 이용할 때는 이산화탄소 환원 반응을 위한 높은 에너지가 필요하다. 이 경우 높은 에너지를 가진 전자는 이산화탄소 환원 뿐만 아니라 수소 발생 반응도 쉽게 일으킨다. 하지만 빛 에너지를 공급할 경우 반도체의 전자는 이산화탄소 환원 반응에만 적합한 수준의 에너지만 갖게 돼 수소 발생 반응은 일어나지 않는다.
이를 토대로 연구진은 빛 에너지를 공급하는 조건에서 98% 이상의 전자가 이산화탄소 환원 반응에 참여하게 유도했다. 전기에너지만 공급하는 경우에는 전자 중 14%만이 이산화탄소 환원 반응에 사용됐다.
주오심 박사는 "연구 결과는 앞으로 인공광합성 모사 시스템을 디자인할 때 중요한 이론적 배경이 될 것"이라고 밝혔다.
연구 성과는 화학 분야 국제 저널인 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie)' 최신호 표지논문으로 게재됐다.
lgh@newsis.com <저작권자ⓒ 공감언론 뉴시스통신사. 무단전재-재배포 금지.>
저작권자ⓒ 공감언론 뉴시스통신사. 무단전재-재배포 금지