김진흥 교수팀 연구 결과 세계적 학술지 <Journal of the American Chemical Society>에 게재
김진흥 ( jinheung@ewha.ac.kr)
화학·나노과학전공
최근 정부가 2050년 탄소중립 목표를 선언함에 따라 탄소 감축 관련 기술 개발에 대한 요구가 더욱 높아진 가운데, 본교 화학·나노과학전공 김진흥 교수 연구팀이 이산화탄소를 개미산으로 선택적 광전환하는 새로운 구조의 니켈광촉매를 개발해 S급 국제학술지 <Journal of the American Chemical Society>(IF=14.612)에 발표했다.
이산화탄소 전환속도와 전환효율에서 세계 최고 기록을 보여준 이번 연구 결과는 저널의 표지로 선정되는 등 향후 온실가스 감축을 위한 광촉매시스템 개발에 중요한 토대를 제공할 연구로 주목받고 있다.
이산화탄소는 세계에서 연간 약 300억 톤 이상 배출되며, 지구온난화의 주범으로 지목받고 있다. 특히 우리나라의 경우 최근 10년간 이산화탄소 증가율은 매해 ‘최고치’를 경신하고 있을 만큼 그 심각한 문제로 대두되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 과학기술계에서는 자연 보존과 새로운 에너지원 확보를 위해 이산화탄소를 전환하여 자원화하는 방향으로 연구·개발을 추진하고 있다. 특히, 자연에서의 광합성과 같이 태양에너지를 사용하는 방법이 가장 최적의 개발 방향으로 제시되고 있다.
태양광에너지를 사용하여 이산화탄소를 전환하는 인공광합성용 촉매의 개발은 전 세계적으로 가장 활발한 연구 분야 중 하나다. 그러나 그동안의 연구 결과는 반응 효율이 높지 못하고 반응 결과물이 개미산·일산화탄소·수소 등의 혼합물로 생성되는 문제점을 안고 있다. 또한 개발된 고효율의 촉매도 루테늄(Ru)처럼 비싼 귀금속을 포함한 경우가 많아 효율적 광촉매의 개발이 절실히 요구되어 왔다.
김진흥 교수는 지구상에 많이 존재하는 코발트와 니켈 금속을 이용한 이산화탄소 전환 광촉매 연구를 진행해왔으며, 이번 연구를 통해 니켈금속의 새로운 광촉매 시스템 개발에 성공했다. 또한 연구진은 가시광선을 조사(irradiation)해 실내 온도와 대기압 상태에서 이산화탄소를 고효율로 전환하는 데 성공했다. 특히 기존에 개발된 광촉매의 경우 이산화탄소로부터 일산화탄소, 개미산, 수소 등을 포함한 혼합물질들이 만들어졌는데, 본교 연구진이 개발한 광촉매시스템에서는 100% 개미산만 얻어져 높은 선택성을 보여주었다.
이 광촉매 시스템의 개발로 비귀금속만을 이용한 광촉매에서도 태양광을 활용해 이산화탄소를 유용한 탄소 자원으로 고효율로 변환할 수 있는 가능성을 보여 주었으며, 이는 향후 온실가스 감축을 위한 관련 인공 광합성용 광촉매시스템 개발 연구에 중요한 토대가 될 것으로 기대된다. 광촉매를 기반으로 한 인공광합성 기술이 상용화되면 대기 이산화탄소 농도 상승을 억제하는 데 도움을 주고, 고갈될 화석 자원을 대체할 수 있는 대안의 하나가 될 것으로 예상된다.
김진흥 교수는 “이번 연구는 지구상에 많이 존재하는 금속재료들을 이용하고, 에너지원으로 태양광을 사용한 고효율 이산화탄소 선택적 전환을 세계 최초로 선보인 것으로, 후속연구를 통해 광촉매 기능을 더욱 향상시켜 고효율의 인공 광합성 시스템으로 개발할 것”이라고 말했다.
본 연구는 한국연구재단이 주관하는 기후변화대응기술개발연구인 ‘탄소자원화사업단’과 ‘SRC 선도연구센터사업’의 지원을 받아 수행됐다. 특히, 김진흥 교수 연구팀은 본교 화학·나노과학전공 소속 연구진과 협력해 세계 최초, 최고의 성과를 도출하며 과학이화의 역량을 입증했다.