하천 오염물질을 제거하거나 친환경 수소 생산효율을 높일 수 있는 복합 광촉매 제조기술이 개발됐다. 

광촉매는 빛에너지를 흡수해 광화학 반응을 촉진하는 화합물로, 최근 수중 유기오염물 제거, 청정 수소 생산 등 환경과 에너지 분야에서 다양한 연구가 진행되고 있다. 

하지만 대부분 활성이 떨어져 실제 활용 가능성은 낮기 때문에 광촉매 활성을 높이려면 이종 나노소재가 접합하는 계면에서 효율적 전하 수송, 충분한 수송채널, 높은 활성점 확보가 관건이다.

한국연구재단은 전북대 유승화 교수팀이 이중층 수산화물(LDH)과 공촉매 맥신(MXene)을 결합해 성능을 극대화한 복합 광촉매를 개발했다고 17일 밝혔다.

맥신은 2차원 나노물질로, 전기전도성과 열전도성, 기계적 강도, 화학적 안정성이 우수한 신소재다.

연구팀은 코발트(Co)와 철(Fe)을 결합한 이중층 수산화물과 티타늄(Ti)과 탄소(C)를 결합한 ‘Ti₃C₂ 맥신’을 합성, 이들을 크롬(Cr) 전구체와 수열합성하는 새로운 광촉매 제조법을 개발했다. 

수열합성은 높은 증기압에서 고온 수용액으로부터 물질을 결정화해 합성하는 방법이다.

이를 통해 연구팀은 코발트-철 이중층 수산화물(CoFe-LDH) 표면에서 코발트철크롬산화물(CoFeCrO₄) 나노입자가 동시에 성장하는 것을 확인했다.

특히 이종접합(CoFe-LDH/CoFeCrO₄) 계면에 쇼트키장벽이 형성돼 광생성 전하수송체 분리 효율이 증가했다. 

이와 함께 이종접합과 Ti₃C₂ 맥신이 결합 후 복합 광촉매로서 적합한 전자밴드구조를 형성, 충분한 활성점을 제공했다. 

유 교수는 “이번에 개발한 복합 광촉매는 환경, 에너지 등 다양한 응용분야 적용이 기대된다”며 “실용화 기반을 마련하기 위해 기판, 팰렛 등 다양한 형상으로 제조할 수 있는 추가 연구를 진행할 것”이라고 말했다.

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com