한양대학교 에너지공학과 김영훈 교수팀이 지구온난화 및 기후변화에 대비하기 위해, 최근 태양광을 이용한 이산화탄소 저감 및 폐수 분해용 광촉매 소재를 개발했다. 해당 기술은 외부 기기 사용 없이도 태양광만을 사용하여 폐수 내에서의 유기물과 대기 중의 이산화탄소 양을 감소시킬 수 있어 향후 탄소 중립 사회로의 기반을 마련하기 위한 광촉매 소재로써 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

광촉매란, 반도체 소재가 빛을 흡수하여 여기(excite)된 전자와 정공을 이용하여 표면에 흡착된 물질을 산화 또는 환원을 통해 분해하는 촉매로 친환경적인 처리 방법으로 알려져 있다. 하지만, 최근에 상용화된 광촉매 소재는 산화티타늄, 산화아연 등이 있는데, 본 반도체 소재들은 밴드갭이 매우 넓어 태양광 중 5% 미만인 자외선 영역만을 활용할 수 있다는 한계를 가지고 있다. 따라서 이러한 반도체를 이용한 광촉매를 구현하기 위해서는 자외선을 발생하는 외부 기기가 반드시 필요한 상황이며, 이는 유지보수에 필요한 비용이 추가적으로 발생하는 문제가 있다.

연구진은 이러한 문제를 해결하기 위하여 태양광의 대부분을 구성하고 있는 가시광 영역을 활용할 수 있는 할라이드 페로브스카이트 소재를 산화티타늄에 적용하여 페로브스카이트/산화티타늄 이종구조 복합체 광촉매를 개발했다. 합성한복합체 안에서 페로브스카이트 소재는 태양광을 흡수하고, 여기된 전자들이 산화티타늄으로 이동하여 기존에는 불가능하던 가시광을 이용한 이산화탄소 저감 및 폐 유기물 분해가 가능해졌다. 외부기기 없이 자연의 태양광만을 이용하여 기존 산화티타늄이 보이는 12.77 mmol g^-1h^-1 수준의 CO2 저감 효율을 30.43 mmol g^-1h^-1까지 향상하여 미래의 탄소 중립을 위한 차세대 광촉매 소재의 가능성을 보였다.

한양대학교 공동연구팀 지원사업, 한국연구재단의 선도연구센터 지원사업, 한국산업통장사원부 산업기술 알키미스트 프로젝트의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 김영훈 에너지공학과 교수가 교신저자로, 김태형 한양대학교 에너지공학과 박사과정 학생이 제1저자로 참여하였으며, 재료분야 국제학술지인 「 Nanoscale (Impact factor :8.307)」에 1월 31일 게재됐다.