부경대학교는 김창우 인쇄정보공학과 교수가 광 전극을 활용, 이산화탄소 변환의 반응 효율성을 뜻하는 패러데이 효율(faradaic efficiency)이 85%에 이르는 이산화탄소 환원장치를 개발했다고 16일 밝혔다. 이산화탄소 환원장치란 식물이 엽록소를 이용해 이산화탄소를 산소와 녹말로 바꾸는 것처럼 반도체소자를 이용해 이산화탄소를 인공적으로 환원시켜 메탄올, 에탄올등 유용한 연료를 생성하는 장치이다.
이 장치는 산화 광 전극과 구리전극, NaCl 전해질로 구성되는데, 이 장치에 이산화탄소를 투입하면 환원작용으로 포름산이 형성되고 포름산은 포름알데히드로, 포름알데히드는 메탄올 등으로 전환된다. 이때 환원과정에서 사용된 전자를 다음 단계에서도 최대한으로 사용해 장치의 효율을 높이기 위한 연구가 세계적으로 진행되고 있다.
김 교수는 이 장치의 산화 광 전극에 일반적으로 사용하는 둥근 형태의 나노 입자 대신, 플레이트 형태의 마이크로 크리스털 전극인 비스무스 바나데이트(BiVO4) 광 전극을 적용해 인공광합성 실험을 진행했다. 실험 결과, 플레이트 형태의 광 전극이 전극 표면의 활성도를 증가시킴에 따라 이산화탄소 환원작용에 사용된 전자의 85%가 포름알데히드 형성 반응에 사용되는 것으로 나타났다. 이 과정의 효율을 80% 이상으로 끌어올린 것은 이번이 처음이다.
김 교수는 최근 한국인공광합성 연구센터(KCAP)의 강영수 교수 연구팀과 함께 이 연구결과를 담은 논문 ‘환원전위의 제어를 통하여 85%의 패러데이 효율을 가지는 포름알데히드 변환’(Artificial Photosynthesis for Formaldehyde Production with 85% of Faradaic Efficiency by Tuning the Reduction Potential)을 발표했다. 이 논문은 화학 분야의 저명 국제학술지 에이시에스 카탈리시스(ACS Catalysis)에 게재됐다.
/부산=조원진기자 bscity@sedaily.com