맥신에 전자빔 쏘니 수소 생산 5.25배↑…고효율 광촉매 개발 작성일 10-13 57 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="8HP7EfvmEm"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="d4eadd79134e1dc02024dda5b24b7ec8a90b8747c7a265c8c7ecd2fd8f55ca91" dmcf-pid="6XQzD4Tswr" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="산소 공공이 풍부한 이산화티타늄/맥신 광촉매의 수소 발생 향상 개념도. (유승화 교수)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/13/etimesi/20261013120213067fael.png" data-org-width="700" dmcf-mid="4v2FaBOcrs" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/13/etimesi/20261013120213067fael.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 산소 공공이 풍부한 이산화티타늄/맥신 광촉매의 수소 발생 향상 개념도. (유승화 교수) </figcaption> </figure> <p contents-hash="e48c41cba0e232a13fbf936333d725205d9c2e2ec76e9dda2d51d8d191cf0353" dmcf-pid="PZxqw8yOIw" dmcf-ptype="general">국내 연구진이 2차원 나노소재 맥신(MXene)과 이산화티타늄(TiO₂)을 결합한 광촉매의 수소 생산 효율을 5배 이상 높이는 기술을 개발했다. 귀금속 의존도를 낮춘 고효율 광촉매 개발과 기존 촉매 성능 향상에 활용될 것으로 기대된다.</p> <p contents-hash="1428c4c339e5506b3f1f3f753782919d7bfe9cdc140e82c9efe3ae4e129f8f49" dmcf-pid="Q5MBr6WIwD" dmcf-ptype="general">한국연구재단은 유승화·진경환 전북대 교수 공동연구팀이 이산화티타늄과 맥신을 결합한 이종 구조 광촉매에 전자빔을 조사해 산소 결함을 제어함으로써 물 분해 수소 발생률을 크게 향상시키는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.</p> <p contents-hash="8758fa87859c4817551a28dbf71a06968268578a1b0642d75adeffcdd9454a6b" dmcf-pid="x1RbmPYCOE" dmcf-ptype="general">이산화티타늄은 가격이 저렴하고 화학적 안정성이 높아 수소 생산용 광촉매 소재로 주목받고 있다. 그러나 태양광 가운데 자외선 영역만 흡수할 수 있고, 빛에 의해 생성된 전자와 정공이 빠르게 재결합해 수소 생산 효율이 낮다는 한계가 있다.</p> <p contents-hash="a43da4b49cf23487f24aafc66c52d6c55542ba2d4bb44280f21f7cc34594d9af" dmcf-pid="yA1h8HLxwk" dmcf-ptype="general">이를 개선하기 위해 소재 내부에 결함을 형성해 빛 흡수 능력을 높이거나 전하 이동을 촉진하는 공촉매를 결합하는 연구가 진행돼 왔다.</p> <p contents-hash="81078ec64ea0f85b26b2e8de02c60395c9f9ee25dd4d4dc168684395911428cf" dmcf-pid="Wctl6XoMDc" dmcf-ptype="general">연구팀은 이산화티타늄에 전기전도성이 높은 2차원 층상 소재 맥신을 결합한 뒤 상온·대기압 조건에서 전자빔을 조사하는 방식을 적용했다. 전자빔을 이용해 소재 내부의 산소 결함을 정밀하게 제어하고 전하 분리와 이동 효율을 높이는 원리다.</p> <p contents-hash="b7dae47887be7c07d1d5498cf6eed00c6e6ba7e329e3431eaece5a75ffcb3ca2" dmcf-pid="YkFSPZgRIA" dmcf-ptype="general">연구팀이 맥신 함량과 전자빔 흡수 선량을 달리해 성능을 비교한 결과, 맥신 함량 3중량%, 흡수 선량 500킬로그레이(kGy) 조건에서 높은 수소 발생률을 확인했다.</p> <p contents-hash="e8fb7e4a0aec7a18d2483ee3ee7136ac90fa789fc4038e0f2e8324eb602766a3" dmcf-pid="GE3vQ5aeDj" dmcf-ptype="general">최적화된 광촉매의 수소 발생률은 전자빔 조사 이전보다 5.25배 높아졌다. 특히 산성 조건인 pH 4.03에서 수소 생산량이 크게 증가하는 것으로 나타났다.</p> <p contents-hash="e16f27d32778d5143466a6882b7263bc80b441e7c7bdef9f6c0244677c795c78" dmcf-pid="HD0Tx1NdIN" dmcf-ptype="general">연구팀은 소재 특성 분석과 밀도범함수(DFT) 기반 제일원리 계산을 통해 성능 향상의 원인도 규명했다.</p> <p contents-hash="87365b19eca67209b3c06bc55227d5152498c9d416ebf8a6a1c4242b44f34013" dmcf-pid="XwpyMtjJsa" dmcf-ptype="general">분석 결과 전자빔 조사로 생성된 산소 공공이 빛 흡수와 전하 분리를 촉진하는 것으로 확인됐다. 산소 공공은 물질의 결정구조에서 산소 원자가 빠져 형성된 빈자리를 의미한다.</p> <p contents-hash="e87d0fa0365fcc556c09079c42d1018e83aa0d6fdfd46f257d5b676f50b05485" dmcf-pid="ZrUWRFAiEg" dmcf-ptype="general">또 이산화티타늄과 맥신이 접하는 계면에서 전자 분포가 변화하면서 수소가 촉매 표면에 지나치게 강하게 결합하는 현상이 완화돼 수소 발생 반응에 유리한 환경이 조성되는 것으로 분석됐다.</p> <p contents-hash="7ed904420e07e5330a6dea9569b806e7a2a2658989af69f8dd832c2a0c45a6c0" dmcf-pid="5muYe3cnwo" dmcf-ptype="general">이번 기술은 고가의 귀금속 공촉매에 대한 의존도를 줄이면서 기존 광촉매의 성능을 개선할 수 있는 새로운 접근법이라는 점에서 의미가 있다.</p> <p contents-hash="5d71eae26c51112e7e3a26340b28b501a1555accccfb0743125647106fd59b52" dmcf-pid="1s7Gd0kLOL" dmcf-ptype="general">다만 실제 상용화를 위해서는 순수한 물을 이용한 완전 물 분해와 실제 태양광 조건에서의 성능 검증, 장기 안정성 확보 등이 필요하다.</p> <p contents-hash="cd8bd0bdc1e28eb72efc1bc804a98473bc29851808b4ad02e2658dac8c11174e" dmcf-pid="tOzHJpEorn" dmcf-ptype="general">유승화 교수는 “이번 연구는 전자빔을 이용한 결함 제어와 광촉매 계면 설계를 통해 기존 이산화티타늄·맥신 광촉매의 낮은 수소 발생률과 수계 안정성 문제를 개선했다는 데 의미가 있다”고 설명했다.</p> <p contents-hash="79f2198969e268c4b9611c61de5f47ceb43e30b5652203d51f497b28abf05f3f" dmcf-pid="FIqXiUDgwi" dmcf-ptype="general">이어 “향후 희생제 없는 반응 조건과 실제 태양광에서의 성능, 장기 안정성, 전자빔 조사 공정의 균일성과 경제성 등을 검증해 기술 실용화 가능성을 높여 나갈 계획”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="42db2786f91c5803d594011fea5decb8fb7a0aaf30109ce4967a23dba5baf46d" dmcf-pid="3CBZnuwaOJ" dmcf-ptype="general">이번 연구 성과는 촉매·환경·에너지 분야 국제학술지 '어플라이드 카탈리시스 비: 인바이런먼트 앤드 에너지'에 지난달 29일 온라인 게재됐다.</p> <p contents-hash="fbc9349807743dfb8e4e7f66db8609fb935729cc1d190ef3798ffc5dacfd5786" dmcf-pid="0hb5L7rNEd" dmcf-ptype="general">이인희 기자 leeih@etnews.com</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 전자신문. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 크래프톤, AI 인재 확대…채용연계형 인턴십 채용 실시 10-13 다음 "생수 주문부터 세금 신고까지"…카톡에 나만의 'AI 비서팀' 둔다(종합) 10-13 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
