기계/재료

쑤저우대학교, 태양에너지로 수소전환 2% 가능한 광촉매제

발행일 : 2015 / 03 / 05

최근 쑤저우대학교(蘇州大學) 캉전후이(康振輝) 교수는 중국 내외 학자들과 협력하여 새로운 광촉매제—탄소 나노점(carbon nanodot)—질소화 탄소 나노 복합물을 개발하였으며, 해당 분야에서 중요한 진전을 이루었다. 관련 성과는 《Science》에 발표되었다.

지난 40 년간, 연구자들은 일련의 물의 광분해를 위한 광촉매제를 개발하였는데, 이러한 촉매제는 태양에너지를 수소에너지로 전환하는 효율이 비교적 낮고, 안정성도 낮아 물의 광분해에 의한 수소 제조의 실제 응용과정을 방해하였다.

중국 국가자연과학기금의 지속적인 지원 아래, 캉전후이(康振輝) 연구팀은 탄소와 질소 2가지 원소로 조성된 촉매제를 개발했다. 이 촉매제는 저렴한 가격, 풍부한 자원, 무오염의 장점을 갖고 있을 뿐만 아니라 안정성도 비교적 높음으로 하여 촉매 활성을 200일 동안 지속할 수 있다. 또한, 태양에너지를 이용하여 고효율적인 물의 완전분해를 실현할 수 있으며 기존의 광촉매제와는 달리, 전반 물의 광분해 과정을 2개 단계로 나눌 수 있다. 첫번째 단계는 질소화 탄소로 물을 분해하여 과산화수소와 수소를 생성한다. 두번째 단계에서 탄소 나노점은 과산화수소를 물과 산소로 분해한다. 이 외, 새로운 광촉매제의 태양에너지를 수소에너지로 전환하는 효율은 2%로써, 현재 유사 촉매제 중 최고 효율이다.

미국 에너지 정보청(EIA)의 기술 경제 분석에 따르면, 에너지 전환 효율(태양에너지로부터 수소로 전환)이 2%인 촉매제를 이용하였을 때, 수소 제조 원가는 약 6달러/kg이다. 이 비용은 미국 에너지 정보청의 목표원가(4달러/kg)에 비교적 근접한다. 해당 촉매제를 한층 더 최적화하고 개발하는 것은 태양에너지로 수소를 제조하는 청결에너지 전략 개발을 촉진하는데 중요한 실천적 의미를 갖고 있다.