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빛 쪼여 이산화탄소 없앤다

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2020. 1. 22.

 

2020.01.20 16:59

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기초과학연구원(IBS) 나노구조물리 연구단은 가시광선을 이용해 이산화탄소를 산소와 일산화탄소로 바꾸는 촉매를 개발했다. 그림은 연구팀이 지난해 9월 개발한, 가시광선으로 이산화탄소를 변환하는 촉매. 이번에는 이 촉매를 개선해 이산화탄소를 메탄 없이 일산화탄소로만 분해하는 촉매를 개발했다. IBS 제공

국내 연구팀이 가시광선을 사용해 이산화탄소를 효율적으로 없애는 기술을 개발했다.

 

이효영 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리 연구단 부단장 연구팀은 가시광선을 이용해 이산화탄소를 산소와 일산화탄소로 바꾸는 촉매를 개발했다고 20일 밝혔다. 가시광선으로 화학반응이 가능해 실내에서 사용할 수 있고, 연료로 쓸 수 있는 일산화탄소를 기존 일반 촉매보다 200배, 기존의 가장 우수한 촉매보다 15배나 더 많이 생산할 수 있다.

 

연구팀은 한해 500만t 이상 자외선 차단제, 탈취제, 살균제 등에 쓰이는 촉매인 ‘아타나제-루타일 이산화티타늄(TiO2)’에 주목했다. 이 촉매는 자외선을 이용해 물과 이산화탄소를 메탄과 일산화탄소, 다량의 산소로 변환할 수 있다. 연구팀은 자외선 대신 가시광선을 이용할 수 있다면 기존 촉매보다 훨씬 효율적으로 이산화탄소를 제거할 수 있을 것으로 내다 봤다.

 

연구팀은 지난해 9월 아나타제-루타일 이산화티타늄 촉매에서 아나타제 결정을 환원해 가시광선을 이용할 수 있는 촉매 ‘비결정아나타제-결정루타일 이산화티타늄’을 만드는 데 성공했다. 이번 연구에서는 이 촉매를 개선해 메탄 없이 일산화탄소만 생산하는 촉매를 개발하는 데 성공했다.

 

연구팀은 생산 효율을 높이기 위해 촉매가 빛을 흡수하면서 만드는 전하의 수와 이동성을 향상시키는 실험을 진행했다. 이효영의 블루 이산화티타늄에 다른 물질을 도핑해 불균일하게 만들면 전하가 많아지면서 광효율도 높아질 것으로 예상했다. 연구팀은 은과 텅스텐산화물을 도핑하는 방법으로 ‘하이브리드 촉매’를 만들었다.

 

하이브리드 촉매는 흡수한 빛 중 약 34.8%를 이산화탄소를 분해하는 데 활용한다. 기존 촉매보다 광효율이 3배나 더 높은 셈이다. 또 이산화탄소를 산소로 바꾸는 과정에서 메탄 없이 일산화탄소만 발생시켰다. 일산화탄소의 양은 기존 이산화티타늄 촉매보다 200배, 학계에 보고된 가장 우수한 촉매보다 15배 많이 발생했다. 또 기존 이산화티타늄 공정이 고온, 고압의 기체를 다뤄 위험한데, 이 촉매는 상온, 상압에서 액체상으로 합성해 안전하다.

 

이효영 부연구단장은 “이번에 개발한 촉매를 이용해 공기 중 미세먼지와 병원 내 병원균 등을 제거하는 데에도 탁월하다는 것을 확인했다”며 “향후 전 세계 다양한 연구 분야에서 활용될 전망”이라고 기대했다. 이 연구 결과는 국제학술지 ‘머터리얼스 투데이’ 온라인판 3일자에 실렸다.

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