카이스트, 광전극 촉매 개발…비용 적고 일산화탄소도 생산

지구온난화 주범인 이산화탄소를 햇빛과 적은 양의 전기로 분해해 지구온난화도 해결하고 화학산업 분야에서 많이 쓰이는 일산화탄소를 만들어 내는 일석이조의 촉매 기술이 나왔다.

카이스트 EEWS대학원 오지훈 교수팀은 금 나노박막과 반도체 생산에 사용되는 실리콘을 이용해 이산화탄소 분해 효율이 높은 새로운 광전극 촉매를 개발했다고 23일 밝혔다. 이번 연구는 재료과학분야 국제학술지 ‘어드밴스드 에너지 머티리얼즈’ 최신호 내부 표지논문으로 실렸다.

지구온난화의 원인물질인 이산화탄소 배출량을 줄이고 이미 배출된 이산화탄소는 포집해 저장하거나 산업적으로 활용하기 위한 연구들이 최근 활발하다. 일산화탄소는 합성천연가스나 메탄올 같은 대체연료 생산, 합성수지나 페인트 같은 화학물질 제조에도 쓰이는 등 산업적 활용도가 높은 물질이다.

이산화탄소 분해와 전환효율을 높이기 위해서는 낮은 전력으로도 이산화탄소를 손쉽게 일산화탄소로 환원시킬 수 있는 촉매가 필요하다. 이 때문에 금 촉매가 많이 쓰이고 있기는 하지만 투입 에너지가 많고 전환 과정에서 수소가 많이 발생한다는 문제가 있다.

연구팀은 표면에 나노 크기의 구멍이 많이 있는 200㎚(나노미터) 두께의 금 박막을 만들어 이 같은 문제들을 해결했다.

또 이전에 나와 있는 나노 구조의 촉매들은 두께가 0.1㎜ 수준으로 제작비가 많이 들었으나 금을 얇은 박막 형태로 만들어 촉매 제작비용도 획기적으로 낮출 수 있었다.

실험 결과 기존 금촉매를 이용할 경우 투입되는 전류의 60~70% 정도만 이산화탄소 환원에 사용됐지만 이번에 개발한 금촉매를 활용하면 공급전류의 90% 이상이 분해 및 환원에 사용되는 등 높은 전류사용 효율을 보였다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr