국내 연구진이 물질의 전기적 특성을 제어해 맞춤형 구조와 성질을 갖는 광촉매 소재를 제작, 에너지 저장과 전환 등을 다루는 화학공학 분야는 물론 소재· 바이오 분야의 발전에 필요한 기술적 기반을 제공했다.

IBS(기초과학연구원·원장 오세정)는 나노물질 및 화학반응 연구단 그룹리더 박정영 연구진(KAIST EEWS대학원 교수)이 이산화티타늄의 나노구조화와 질소 도핑을 통해 인공광합성의 효율을 증대시키는 원리를 발견했다고 16일 밝혔다.

이번 연구는 KIST 김상훈 박사와의 공동연구를 통해 진행됐으며, 연구 결과는 어드밴스드 머터리얼스 인터페이스 (Advanced Materials Interfaces) 창간호 메인 표지논문으로 선정됐다.

최근 지구 온난화와 화석자원의 고갈, 지구 환경의 보존을 위해 재생가능 에너지기술 확보가 요구됨에 따라 태양광 에너지를 연료로 축적하는 '인공광합성' 기술도 점차 주목 받고 있다. 가시광선과 물을 이용해 수소에너지를 제조해 내는 기술이 대표적인 사례다.

연구진은 빛에 노출되면 촉매제의 역할을 하는 광촉매인 이산화티타늄을 연탄 모양과 같이 계층이 정렬된 계층적 다공성을 지닌 구조로 제작해 구조적인 특성을 바꾼 다음 질소를 투입함으로써 전기적인 특성을 바꿨다.

이를 통해 이산화티타늄의 인공광합성 효율을 개선함으로써 빛을 이용해 인공광합성이 보다 원활히 이루어 질 수 있는 새로운 방법을 개발했다.

연구진은 물질이 계층성을 지니면서 정렬된 경우에는 그렇지 않은 경우에 비해 약 2배, 질소 도핑을 한 경우는 도핑이 되지 않았을 때와 비교해 효율을 약 30% 증대시키는 결과를 얻었다고 밝혔다.

또한 지금까지의 연구들이 이산화티타늄을 질소 도핑하거나 다공성 물질로 만드는 부분 연구로 진행된 것과 달리 이번 연구는 질소 도핑과 계층적 다공성을 모두 지닌 물질을 개발했다는 점에서 의미가 있다는 설명이다.

박정영 교수는 "이산화티타늄의 나노구조화를 통해 기존 광촉매의 특성을 극대화함으로써 이전보다 훨씬 단축된 시간에 나노소재의 형태가 스스로 형성될 수 있게 하는 제어기술의 새로운 지평을 열었다"고 연구의 의미를 밝혔다.