경북대, 광촉매 물 분해 수소 발생 원리 규명

국내 연구팀이 광촉매 물 분해 수소 발생 원리를 규명했다. 수소 생산 효율을 높일 수 있는 단초를 제공했다는 평가다.
경북대학교(총장 김상동)는 박현웅 에너지공학부 교수가 포항공대(포스텍)와 공동으로 지금까지 알려지지 않았던 광촉매 물 분해 수소 발생원리를 규명했다고 지난달 23일 밝혔다.
그동안 관련 연구 분야에서 당연하게 받아들여졌던 광촉매 물 분해 수소 발생 원리를 수정하고, 수소 생산 효율을 높일 수 있는 새로운 가능성을 제시했다.
광촉매를 이용한 물 분해 반응은 햇빛을 받은 광촉매가 물로부터 산소와 수소를 동시에 발생시키는 현상이다. 지난 50여 년간 수백 개 이상 물 분해용 광촉매가 개발됐고, 학계에서는 광촉매의 물 분해 성능을 단순히 산소와 수소 발생이라는 측면에서 비교·평가했다.
문제는 물이 산소와 수소로 분해될 때 서로 간섭이 일어나고, 한 반응의 속도가 다른 반응의 속도를 결정한다는 점이다. 그동안 두 반응 중 한 반응을 억제하고 다른 반응만 일으키는 방법을 채택해 종합적인 평가가 아닌 산소와 수소의 개별 발생 반응을 분리하고 따로 평가했다.
가장 대표적인 사례가 1가 은 이온을 사용하는 것으로, 사용된 1가 은 이온이 은으로 변하는 과정에서 수소 발생만을 억제해 광촉매 물 분해 반응 성능을 측정해왔다.
연구팀은 광전기화학적 기법과 전자스핀공명법을 활용해 1가 은 이온이 2가 은 이온으로 변하면서 수소 발생뿐만 아니라 산소 발생을 일부 억제한다는 사실을 밝혀냈다.
이는 기존 광촉매의 산소 발생 능력이 실제보다 저평가됐고, 현재 답보 상태에 빠져 있는 광촉매 물 분해 수소 생산 효율이 실제로는 더 높아질 수 있다는 것을 의미한다.
박현웅 교수는 “대부분 광촉매 수소 발생 연구가 광촉매 소재의 단편적 성능 개선에만 치중해 있을 뿐, 광촉매 물 분해 현상 그 자체에 대한 이해는 크게 간과되고 있다”면서 “이번 연구 결과로 밝혀진 광촉매 소재와 물 분해 현상에 대한 새로운 지식이 고효율 광촉매 물 분해 수소 발생 연구에 기여되길 바란다”고 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 기후변화대응기술개발사업 지원을 받아 수행됐다.