DGIST, 태양빛으로 이산화탄소 연료로 바꾸는 고효율 광촉매 개발

태양빛만으로 이산화탄소를 메탄 연료로 바꾸는 고효율 광촉매 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.대구경북과학기술원(이하 DGIST)에 따르면 에너지공학과 인수일 교수 연구팀은 미국 캘리포니아공과대학교(Caltech) 윌리엄 A. 고다드 교수 연구팀과 공동으로 이중 조촉매를 적용한 광촉매를 개발해 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 성능을 크게 높이고 작동 원리까지 규명했다.이번 연구는 태양광을 이용해 온실가스인 이산화탄소를 연료와 화학 원료로 전환하는 탄소 자원화 기술의 효율을 높인 성과다. 연구팀은 대표적인 광촉매인 이산화티타늄(TiO₂)에 2차원 소재인 몰리브덴셀레나이드(MoSe₂)와 백금(Pt) 나노입자를 결합한 삼원계 광촉매를 제작했다.MoSe₂는 이산화탄소 환원 반응이 일어나는 활성 부위를 제공하고, 백금은 광생성 전자를 빠르게 전달해 환원 반응을 촉진하는 역할을 맡는다. 서로 다른 기능의 두 조촉매가 시너지를 내면서 광촉매 효율을 높였다.특히 구조적으로 쉽게 변형되는 고활성 금속성 1T-MoSe₂를 안정적으로 유지한 것이 핵심 성과다. 연구팀은 TiO₂와 MoSe₂의 계면을 정밀하게 제어해 전자가 지속적으로 이동하도록 설계하면서 촉매의 활성과 안정성을 동시에 확보했다.집광형 반응기를 적용한 결과 메탄 생산량은 17.81μmol/g을 기록했다. 이는 일반 광조사 조건보다 약 3배, 기존 TiO₂ 광촉매보다 약 65배 높은 수준이다. 연구팀은 집광으로 광자 공급이 늘고 촉매 계면에서 전자 이동이 효율적으로 이뤄진 것이 성능 향상의 핵심 요인이라고 설명했다.인수일 DGIST 교수는 "고활성 1T-MoSe₂를 안정화하고 다전자 이산화탄소 환원 반응의 작동 원리를 규명했다는 점에서 의미가 있다"며 "탄소 자원화 기술 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.이번 연구는 한국연구재단 나노미래소재원천기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 'Applied Catalysis B: Environment and Energy'에 게재됐다.