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등록자 : KISTI |
등록일 : 2007-09-28
조회수 : 3032
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제목: 물 분해와 수소 저장을 동시에 하는 광촉매 개발 |
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◈ 물 분해와 수소 저장을 동시에 하는 새로운 종류의 광촉매 개발
모든 국가들이 공평하게 나누어 가질 수 있는 태양 빛을 에너지 자원으로 전환하려는 경쟁이 매우
뜨겁다. 이미 미국의 에너지부는 태양에너지를 이용하여 화학연료로 전환하는 프로젝트를 포함하
여 다양한 광촉매 개발을 지원한다고 발표하였으며 독일정부도 태양에너지의 이용기술에 많은 투
자를 한다고 발표하였다(GTB2007050488). 이와 같은 태양에너지 기술의 투자 확대는 다양한기술
들을 개발을 유도하고 있다.
광촉매 물질로 널리 알려진 티타늄을 매개로 하여 만들어지는 이산화티탄(titanium dioxide) 나노
입자를 망간 복합체에 결합하여 태양에너지로부터 화학 연료들을 생산하는 연구가 미국의 예일대
학에서 진행되고 있다. 연구를 진행한 화학과의 게리 브루드비그 교수는 새로운 광촉매가 가시광
을 이용하는 광촉매 개발로 연결될 것이라고 말했다(GTB2007070230). 또한 일부에서는 n형 이산
화티타늄(TiO2) 기질에 p형 산화팔라듐(PdO) 나노입자를 주입함으로써 유용한 흡수 특성을 가진
광촉매를 제작하여 나노합성물의 반응영역이 ‘적색이동’을 통해 자외선에서 가시광선으로 확장됨
으로써, 광촉매가 가시광선을 흡수할 수 있다는 연구 결과도 발표되었다(GTB2007030346).
최근 티타늄을 이용하는 새로운 물질이 수소 생산 및 저장을 동시에 할 수 있다는 연구 결과가 발
표되었다. 독일의 막스 프랑크 연구소의 생물무기화학 연구팀의 연구자들은 티타늄 규소화합물
(Titanium disilicide, TiSi2) 반도체 광촉매를 개발하고 있다. TiSi2 광촉매는 물을 분리하여 수소와
산소를 발생시킨다. 또한 반도체가 만들어진 가스들을 저장함으로써 쉽게 수소와 산소를 분리시
키는 것을 가능하게 해준다. 연구팀을 이끌고 있는 마틴 데무스(Martin Demuth) 및 그의 연구팀원
들은 연구 결과를 세계적인 저널인 `Angewandte Chemie`에 발표했다.
반도체 물질들을 이용하여 물을 분해하여 수소와 산소를 생산하는 것은 태양 에너지의 사용에 중
요한 이정표가 된다. 광촉매로 이용하기에 적합한 반도체 물질들은 얻기 어려우며 빛의 흡수 특성
에 방해를 주거나 또는 반응 기간 동안에 변질된다고 데무스 박사가 발표했다. 데무스박사와 그의
연구팀은 물을 분리하여 수소와 산소를 생산하기 위한 반도체 물질로서 전혀 이용되지 않았던 규
소 화합물들을 제안하였다. 반도체 물질로서 티타늄 규소 화합물인 TiSi2는 매우 독특한 광전자 특
성들을 보유하고 있다. 이와 같은 광전자 특성들은 태양 에너지 기술에 이용하기에 적합하다.
더욱이 TiSi2는 태양에서 배출되는 다양한 파장의 빛을 흡수하며 쉽게 얻을 수 있으며 저렴하다.
반응 초기에 TiSi2 상에 산화물이 얇게 형성되어 촉매 작용을 하기에 필요한 영역들을 만들게된다.
TiSi2 시스템의 다른 측면은 물의 분리 반응과 동시에 수소를 저장하는 점이다. TiSi2의 저장용량은
일반적인 저장 물질들보다 작으나 기술적으로는 더욱 간단하다. 상당히 낮은 온도에서도 저장된
수소를 배출하는 것이 가능하다. 산소도 저장되지만 수소와는 다른 조건에서 배출된다. 산소 배출
조건으로는 100도 이상의 온도와 빛이 없어야 한다. 데무스와 그외독일, 미국, 노르웨이 파트너들
은 개발된 공정의 추가 개발과 상업화를 위하여 독일에 회사를 설립하였다.
미국과 독일을 비롯한 선진국들의 태양에너지 이용 기술 개발 경쟁은 단순한 태양 에너지의 전기
생산에서 수소 제조 및 화학 연료 생산까지 확대되고 있다. 이번의 연구 결과는 반도체 물질로 이
루어진 광촉매가 물을 분해함과 동시에 발생되는 수소와 산소를 저장하나 서로 다른 온도에서 방
출시킴으로써 기존의 저장 시스템을 저렴하게 만들 수 있음을 증명하였다.(전문가의견)
출처:2007-09-27 한국과학기술정보연구원
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