전복껍데기 형상을 모방해 인공광합성 효율 향상
□ 전복껍데기의 진주층(nacre)을 모방해 인공광합성 소자를 제조하는 기술이 개발됐다. 류정기 교수(UNIST)와 김병수 교수(연세대) 공동연구팀이 산화그래핀과 분자촉매를 정교하게 조립해 인공 진주층을 만들고, 이를 통해 인공광합성의 효율을 대폭 향상시켰다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.
□ 인공광합성은 식물이나 조류의 광합성처럼, 태양에너지를 이용하여 유용한 화학물질을 생산하는 친환경 기술이다. 그러나 효율적 인공광합성을 위해서는 백금‧이리듐 등 희귀금속 또는 전이금속 촉매가 필수적인데, 기존에 연구된 촉매는 제조비용 및 효율성에 제약이 있어 실용화가 어려웠다.
□ 연구팀은 금속을 극소량만 사용하면서도 촉매 활성이 높은 분자 형태의 촉매에 주목했다. 특히 분자촉매를 물 분해 반응이 일어나는 전극 표면에 안정적으로 고정하기 위해 전복껍데기 진주층 구조를 모사했고, 전극의 효율도 2.5배 가량 크게 증대시켰다.
ㅇ 전복껍데기의 진주층은 탄산칼슘과 유기물이 교대로 겹겹이 쌓인 구조이다. 이때 키틴과 같은 유기물이 접착제 역할을 하여, 판상의 탄산칼슘을 고정시키고 전복껍데기의 강도를 향상시킨다.
ㅇ 이러한 구조에 착안해, 연구팀은 분자촉매와 유기물을 전극 표면에 층상으로 쌓았다. 이때 활용된 유기물은 산화그래핀으로써, 분자촉매와의 정전기적 인력을 통해 전극표면에 순차적으로 쌓일 수 있다. 특히 산화그래핀은 접착제로서의 역할뿐만 아니라, 전극에서 생성된 전하를 촉매까지 효율적으로 전달해준다는 것도 밝혀졌다.
□ 류정기 교수는 “이 연구는 높은 효율의 인공광합성 소자를 자연모방을 통해, 쉽고 간편하게 설계‧개발한 것이다”라며, ”향후 저탄소 녹색성장에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다“라고 덧붙였다.
□ 이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(신진연구), 나노‧소재기술개발사업의 지원으로 수행되었다. 국제 저명학술지 'ACS 나노(ACS Nano)'에 1월 22일 표지논문으로 게재되었다.
