나노기술 및 정책 정보

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교토(京都)대학 공학연구과, 신슈(信州)대학, 도쿄(東京)대학 등의 공동 연구그룹이 광촉매의 활성 사이트 분리함으로써 이산화탄소의 광환원을 효율적으로 진행시키는 데 성공함.

물(H2O)을 전자원으로하는 이산화탄소(CO2)의 광환원은 식물의 광합성을 모방한 CO2재활용 시스템이며, 이른바 인공 광합성의 하나로 잘 알려져 있음. Al(알루미늄)이 도핑된 SrTiO3(Al-SrTiO3)은 다른 결정면을 갖는 광촉매이기 때문에 효율적인 전하 분리가 진행되는 것으로 알려져 있지만, CO2의 광환원에 거의 활성을 나타내지 않았음. 지금까지 보고된 H2O를 전자원으로 하는 CO2의 광환원에 활성을 나타내는 광촉매는 300nm 이하의 파장의 광 조사(照射)가 필요하다고 여겨졌음.

연구진은 Al-SrTiO3을 광촉매로 사용하여 365nm 파장의 광 조사로 H2O를 전자원으로 하는 CO2의 광환원을 실시함. 높은 양자 효율을 나타내는 Al-SrTiO3를 이용하는 것이 핵심임. 그러나 단순히 Al-SrTiO3를 이용하면 H2O를 전자 원으로 하는 CO2의 빛 환원은 거의 진행하지 않음. Al-SrTiO3은 1개의 결정에 서로 다른 두 가지 결정면을 가지고 있으며, 각각의 면에서 산화와 환원이 진행되는 것으로 여겨졌음. 즉, 산화와 환원이라는 상반된 반응이 1개의 입자의 표면에서 각각 일어날 수 있다는 특징이 있음. 연구진은 이 특징을 최대한 살리기 위해 환원이 진행되고 있는 면에는 은(Ag) 나노 입자를 수식하고, 산화가 진행되고 있는 면에는 옥시수산화코발트(CoOOH)를 수식했으며, 이로써 H2O를 전자원으로 하는 CO2의 광환원이 효율적으로 진행됨을 확인함.

본 연구 성과는 가시광 응답형 광촉매 개발의 첫 걸음으로써 매우 중요하며, 향후 촉매 설계에 활용될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Chemical Science(Co cocatalyst synergism for the highly effective photocatalytic conversion of CO2 by H2O over Al-SrTiO3)에 게재됨.