[가스신문=최인영 기자] 태양광으로 수소를 생산하는 생체고분자 기반 광촉매를 국내 연구진이 개발했다. 태양광을 이용하는데도 안정적으로 수소를 생산할 수 있어 눈길을 끈다.

한국기초과학지원연구원(KBSI, 원장 신형식) 소재분석연구부 김해진 박사 연구팀은 지난 15일 황화아연 반도체(ZnS) 나노막대기에 생체고분자 물질인 폴리도파민을 나노미터 수준으로 균일하게 코팅한 생체고분자·반도체 복합체 개발에 성공했다고 밝혔다. 이 광촉매는 기존 반도체(ZnS) 촉매보다 수소생산능력과 광안전성을 2배 이상 높였다.

광안전성은 촉매가 빛에 의한 변형을 견뎌 기능을 유지하는 정도를 의미한다. 촉매는 빛에 노출될 때 구조적 변형을 일으키는 특성을 지닌다.

태양광만으로 물을 분해해 수소를 생산하는 광촉매 기반 수소생산은 친환경적인 방법인데도 불구하고 저조한 생산성과 광안전성으로 인해 실제 산업에는 활용되지 못하고 있었다.

연구진은 낮은 광안정성을 갖는 황화물 기반 반도체에 폴리도파민을 접합해 수소생산성과 광안전성을 동시에 개선했다. 광촉매 1g을 이용하면 시간당 48.5mL의 수소기체를 생산할 수 있다. 기존 반도체 촉매 대비 생산성을 최대 220% 높인 셈이다.

또한 24시간 동안 빛에 노출된 후에도 약 78%의 수소생산 효율을 유지하는 광안정성을 보였다.

한편 이번 연구는 국가과학기술연구회 융합연구사업과 한국연구재단 이공분야 대학중점연구소 지원사업을 통해 이뤄졌다. 연구에는 한국기초과학지원연구원을 비롯해 인천대학교, 폴란드 아담 미츠키에비츠대학교(AMU), 스페인 바르셀로나 대학 등이 참여했다. 연구원은 새로운 광촉매 소재의 전자현미경 분석, 표면특성 분석, 이론계산 등을, 인천대, AMU, 바로셀로나 대학은 광촉매 소재의 광전기화학적 특성 및 실제수소생산능력 평가 등을 수행했다.

연구결과는 환경분야 학술지인 Applied Catalysis B : Envrionmetnal에 게재됐다.