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'전복 껍데기 진주층 모방' 인공광합성 소자 구현

송고시간2019-01-29 12:01

UNIST·연세대 연구팀 "자연 모사로 고효율 달성"

(A) 무지재 빛깔의 전복껍데기 진주층.(B) 전자현미경으로 관찰한 진주층 미세구조. 탄산칼슘과 유기물 접착층 층상 구조를 확인할 수 있다. (C) 빛을 흡수한 반도체 광전극은 전자·정공을 생성한다. 진주층 내 산화그래핀을 통해 정공이 효율적으로 물 분해 분자촉매에 전달되면서 효율이 향상된다.(D·E) 산화그래핀·분자촉매 진주층 초미세 구조. [한국연구재단 제공=연합뉴스]

(A) 무지재 빛깔의 전복껍데기 진주층.(B) 전자현미경으로 관찰한 진주층 미세구조. 탄산칼슘과 유기물 접착층 층상 구조를 확인할 수 있다. (C) 빛을 흡수한 반도체 광전극은 전자·정공을 생성한다. 진주층 내 산화그래핀을 통해 정공이 효율적으로 물 분해 분자촉매에 전달되면서 효율이 향상된다.(D·E) 산화그래핀·분자촉매 진주층 초미세 구조. [한국연구재단 제공=연합뉴스]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 전복 껍데기 진주층(nacre)을 본 떠 인공광합성 소자를 제조하는 기술이 나왔다.

한국연구재단은 울산과학기술원(UNIST) 류정기 교수·연세대 김병수 교수 공동 연구팀이 인공 진주층을 통해 인공광합성 효율을 높였다고 29일 밝혔다.

인공광합성은 태양에너지를 이용해 유용한 화학물질을 생산하는 친환경 기술이다.

백금이나 이리듐 같은 희귀금속이나 전이금속 촉매가 필요한데, 아직 제조비용이나 효율성 측면에서 실용화하기 어렵다.

한국연구재단 본관
한국연구재단 본관

[한국연구재단 제공]

연구팀은 금속을 극소량만 사용하면서도 활성 높은 분자 형태 촉매에 주목했다.

물 분해 반응이 일어나는 전극 표면에 분자 촉매를 안정적으로 고정하기 위해 전복 껍데기 진주층 구조를 본 떠봤는데, 예측은 적중했다.

전극 효율이 2.5배가량 크게 늘었기 때문이다.

국제학술지 'ACS 나노' 표지에 실린 논문 이미지
국제학술지 'ACS 나노' 표지에 실린 논문 이미지

[한국연구재단 제공=연합뉴스]

전복 껍데기 진주층은 탄산칼슘과 유기물이 교대로 겹겹이 쌓인 구조다.

여기서 키틴 같은 유기물이 접착제 역할을 한다.

판상의 탄산칼슘을 붙어있게 하면서 전복 껍데기 강도를 높인다.

이런 구조에 착안한 연구팀은 분자 촉매와 유기물을 전극 표면에 층상으로 만들었다.

유기물은 산화 그래핀을 활용했다.

분자 촉매와의 정전기적 인력을 통해 전극 표면에 순차적으로 쌓을 수 있어서다.

아울러 산화 그래핀은 접착제 역할뿐만 아니라, 전극에서 생성된 전하를 촉매까지 효율적으로 전달해준다는 것도 연구를 통해 밝혀졌다.

류정기 교수는 "자연모방을 통해 높은 효율의 인공광합성 소자를 쉽고 간편하게 설계했다"며 "저탄소 녹색성장에 이바지할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

왼쪽부터 연세대 김병수 교수, UNIST 류정기 교수와 전다솜 연구원, LG화학 최영규 연구원 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

왼쪽부터 연세대 김병수 교수, UNIST 류정기 교수와 전다솜 연구원, LG화학 최영규 연구원 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업과 나노·소재기술개발사업 지원으로 수행했다.

지난 22일 국제학술지 'ACS 나노'(ACS Nano)에 논문(표지논문)이 실렸다.

walden@yna.co.kr

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