나노기술 및 정책 정보

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● 울산과학기술원의 이재성 교수, 중국 사천대학교의 Hemin Zhang 교수, 한양대학교의 장윤정 교수 공동연구팀이 햇빛을 이용하여 폐수 속 질산염에서 암모니아를 얻는 광촉매 기술을 개발

● 암모니아 생산 중 배출되는 이산화탄소는 전 세계 배출량의 약 1.8%를 차지할 만큼 많아 대안으로 질소를 물에 녹여 전기분해 방법으로 그린 암모니아를 생산하는 기술이 주목받고 있지만, 질소가 물에 잘 녹지 않는데다 여전히 화석연료로 생산한 전기를 써야만 하는 문제점을 보유

● 이에 연구팀은 물에 잘 녹는 질산염의 특성을 활용하여 이를 해결할 방안을 제시

● 전기 대신 자체 개발한 광촉매를 사용하였으며, 이는 광촉매가 햇빛을 직접 받아 만든 전자(광전자)로 질산염을 환원시켜 암모니아가 합성되는 방식

● 실험결과, 해당 광촉매를 활용하여 아주 낮은 전압에서도 95.6%라는 높은 선택도로 질산염을 환원시켜 암모니아를 만들 수 있었으며, 높은 반응 선택도는 광전자가 질산염 환원 반응에만 효율적으로 쓰였다는 의미

● 특히, 실리콘 나노와이어(nanowire)가 고르게 정렬된 광촉매의 구조 특성과 나노와이어 표면에 잘 부착된 미량의 금 입자 덕분에 이러한 높은 효율을 나타냄

● 해당기술은 암모니아 생산 과정에서 나오는 이산화탄소도 포집하고, 폐수 속 질산염도 처리할 수 있는 기술로, 광촉매 효율과 안정성을 보완한다면 태양광을 직접 활용하는 그린 기술이 될 것으로 기대

※ Angewandte Chemie International Edition 게재(2022.04.05.), “Photoelectrochemical Nitrate Reduction to Ammonia on Ordered Silicon Nanowire Array Photocathodes”

※ 과학기술정보통신부(기후변화대응사업) 지원