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가시광 응답형 금속산화물 광촉매 개발

전문가 제언: ○ 에너지와 지구환경 문제에 대한 대책으로 여러 기술이 연구되고 있다. 이들은 수소를 기반으로 하는 수소화 사회의 도래를 예고하고 있다. 수소 제법에는 여러 가지가 있으나, 광촉매에 의한 물 분해라는 꿈의 기술이 많은 연구원들을 매혹시키고 있다. 광촉매인 세라믹 가루를 물속에 현탁 시켜 태양광에 쪼이기만 하면 수소가 생산되는 것이다.

○ 1972년 일본의 Honda와 Hujishima가 반도체인 띠간격 3.2eV의 이산화티타늄의 광촉매를 이용하여 자외선으로 물을 분해하는 기술을 발표하였다. 자외선은 태양광의 5% 정도를 차지하므로 태양광을 효율적으로 이용하기 위해서는 가시광 사용이 필요하였다. 열띤 연구에도 띠간격이 물 분해에 필요한 1.23eV보다 크며 3eV보다 좁은 가시광 응답형 광촉매 재료는 아직 발견되지 않아 꿈같은 연구로 인식되기까지 하였다.

○ Tokyo 이과대학의 A. Kudo 교수 등은 본문에서 금속산화물 광촉매의 띠간격을 좁히기 위하여 Sn5s 궤도를 이용하여 가전자대의 상단을 올려 약 2.3eV 정도의 띠간격을 갖는 SnNb₂O6와 같은 가시광 응답형 광촉매 등의 개발을 소개하였다. 또한 보통 자외선 응답형 광촉매인 TiO₂나 SrTiO₃와 같은 광촉매에 저 산화수로 제어된 천이금속을 첨가함으로써 불순물에 의한 전자공여체 준위를 만들어 가시광 응답이 가능한 산화물 광촉매 개발을 비롯한 여러 성공을 보고하였다. 낮은 농도의 질산은이나 메탄올과 같은 희생제가 사용된 기술로 뜻 깊은 결과이다.

○ 2007년 미국의 에너지부는 태양에너지를 이용하여 화학연료로 전환하는 프로젝트를 발표하였다. Yale대학은 12개 연구소들의 과학자들과 함께 3년 동안 이 프로젝트의 일환으로 1,200만 달러의 연구자금을 공유하여 가시광으로 물을 분해하는 효율 좋은 광촉매 개발 등에 임하고 있다.

○ 물 분해에 의한 수소제조를 위한 가시광 응답성 광촉매 개발은 그 중요성에 비추어 국가 중점사업으로 지정하여 대폭적인 지원계획 하에 수소에너지 사업단과 같은 거창한 이름의 조직을 이름에 맞게 활성화시켜 나아가야 할 것이다.

저자: YASUHIRO HOSOGI, AKIHIKO KUDO
자료유형: 학술정보