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제목 : DGIST 유종성교수 연구팀, 이산화탄소를 메탄으로 바꾸는 고효율 광촉매 개발
작성자 관리자  
첨부파일 Efficient Solar Light Photoreduction of CO2 to Hydrocarbon Fuels via Magnesiothermally Reduced TiO2 Photocatalyst.pdf(1.01MB), Download : 117
글정보 작성일 : 2017년 05월 18일 13:41 , 읽음 : 388

이산화탄소를 메탄으로 바꾸는 고효율 광촉매 개발

- DGIST 유종성 교수, 인수일 교수 연구팀, 산소 결함 타이타니아 합성으로 기존 광촉매 효율 3배 향상시켜 -

- 이산화탄소 자원화 및 저감 기술에 활용할 것으로 기대 모아 -


DGIST 에너지시스템공학전공 유종성 교수, 인수일 교수 공동 연구팀이 기존 광촉매의 표면을 처리해 이산화탄소의 메탄 전환 효율을 3배 향상시킨 광촉매를 개발했다고 17일(수) 밝혔다.


□ 이산화탄소는 지구온난화의 주범으로 세계 각국에서는 이산화탄소 배출을 줄이기 위해 이산화탄소를 활용해 수소, 메탄, 에탄올, 메탄올 등의 화학연료로 전환할 수 있는 이산화탄소 자원화 연구가 한창이다.


□ 이산화탄소를 효율적인 자원으로 바꾸기 위해서는 이산화탄소를 화학연료로 전환할 때 2차 유해물질이 발생하지 않도록 도움을 주는 고효율 광촉매가 필수적이여서 고효율 광촉매의 개발은 이산화탄소 자원화 기술의 핵심으로 평가받고 있다.


□ 유종성 교수 연구팀과 인수일 교수 연구팀은 비교적 간단한 마그네슘 열환원 방식을 적용해 타이타니아(TiO2) 표면의 산소 원자를 결손시킨 산소 결함 타이타니아를 합성해 이산화탄소를 메탄으로 전환할 수 있는 고효율 광촉매를 개발했다.


□ 연구팀이 개발한 광촉매는 마그네슘과 수소 기체의 강력한 환원력을 이용해 타이타니아(TiO2) 표면의 산소 원자를 결손시켜 타이타니아 밴드 갭을 조절한 것이 특징이다. 이러한 밴드 갭 조절을 통해 광흡수량을 증가시키고 전하를 효율적으로 분리해 기존의 광촉매 보다 이산화탄소의 메탄 전환율이 3배 높다는 사실을 증명했다.


□ 또한, 가스 크로마토그래피를 이용해 마그네슘 열환원 방식으로 개발한 환원된 타이타니아 광촉매가 기존의 타이타니아 보다 이산화탄소의 메탄 전환 효율이 우수하다는 사실을 밝혔으며, 비교적 간단한 환원 방식으로 평가받는 마그네슘 열환원 방식의 우수성도 증명했다.


□ DGIST 에너지시스템공학전공 인수일 교수는 “비교적 간단한 방식인 마그네슘 열환원 방식을 통해 기존 광촉매의 효율을 개선한 것이 이번 연구의 핵심”이라며 “이산화탄소의 탄화수소 전환 메커니즘을 이해해 이산화탄소 자원화 및 저감 기술에 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.


□ 한편, 이번 연구 결과는 환경촉매 분야 세계적 학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B : 환경(Applied Catalysis B : Environmental)’ 8일자 온라인판에 게재됐다.




연 구 결 과 개 요


Efficient Solar Light Photoreduction of CO2 to Hydrocarbon

Fuels via Magnesiothermally Reduced TiO2 Photocatalyst

Abdul Razzaq, Apurba Sinhamahapatra, Tong-Hyung Kang, Craig A. Grimes,

Jong-Sung Yu* & Su-Il In*

(Applied Catalysis B: Environmental, 8th May 2017)


매년 증가하는 이산화탄소양은 지구온난화의 주된 원인이다. 태양광을 이용해서 이산화탄소를 현 에너지 기반 시설과 호환되는 탄화수소 자원으로 전환하는 것은 대기 중 이산화탄소 농도를 줄일 수 있는 주요한 전략이다. 하지만, 광촉매 시스템의 실제 적용은 광환원 작용과 생산물에 대한 선택성을 향상시키는데 상당한 연구가 필요한 실정이다.

 이번 연구에서는 새롭게 개발한 환원된 타이타니아를 이용한 이산화탄소를 탄화수소(주로 메탄)로 전환하는 연구를 진행했다. 백금 나노입자를 조촉매로 사용해 인공 태양광 하에 실험을 진행했을 때, 환원된 아나타제 타이타니아는 환원되지 않은 본래 아나타제 타이타니아보다 3배 많은 메탄 생성량을 보였다.

 이러한 광촉매 성능은 향상된 빛 흡수, 이산화탄소의 메탄 환원 포텐셜에 대한 적절한 밴드 갭 조정과 효율적인 광유발 전하의 분리로 인해 향상됐다고 여겨진다. 이번 연구 결과를 통해 백금 담지된 환원된 타이타니아는 태양광을 이용한 이산화탄소 환원에 효율적인 광촉매로 사용될 수 있음을 알 수 있다.


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