전북대학교 연구진이 환경오염과 에너지 위기 해결을 위한 고성능 광촉매 소재를 개발해 학계의 주목을 받고 있다.
전북대학교는 유승화 양자시스템공학과 교수와 레카 파라마닉 양자시스템공학과 박사, 유승화 양자시스템공학과 교수, 라그나마이 모하파트라 전자·정보공학부 연구교수 연구팀이 기존 광촉매의 성능 한계를 뛰어넘는 다중 이종접합 구조의 새로운 광촉매를 설계해 보다 정교하고 신속한 전하 이동이 가능하도록 구현했다고 10일 밝혔다.
연구팀은 맥신, 금속 유기 골격체, 흑연질 탄소 질화물로 구성된 삼원 복합체 '맥신/ZIF-67(코발트)/g-C₃N₄ 그래피틱 탄소 질화물(MXene/ZIF-67(Co)/g-C3N4' 광촉매를 상온에서 간단한 공침법(용액 속에서 두 가지 이상의 화학종을 동시에 침전시켜 고체 형태의 화합물이나 나노물질을 합성하는 방법)으로 합성하는 데 성공했다.
광촉매는 제올리틱 이미다졸레이트 프레임워크-67(ZIF-67)과 2차원 흑연질화탄소(g-C3N4) 사이의 에스-스킴(S-scheme) 접합, ZIF-67과 맥신(MXene) 사이의 옴(Ohmic) 접촉으로 구성된 이중 계면 구조를 가지고 있다. 이러한 독특한 구조는 내부에 두 개의 전기장을 형성해 광생성 전자의 역류를 방지하고, 전자의 이동을 거의 제로에 가까운 저항으로 유도함으로써 전하 전달 효율을 획기적으로 향상시켰다.
연구팀은 이 광촉매를 활용해 산업 폐수 내 항생제(테트라사이클린 염산염(TCH)과 중금속(크롬)을 효과적으로 제거하고, 또한 물 분해를 통한 수소 생산에서도 우수한 성능을 확인했다.
유승화 교수는 “이번 성과는 청정에너지 생산과 환경오염 해결을 위한 지속가능하고 친환경적인 해결책이 될 수 있다”고 기대감을 나타냈다.
전주=김한식 기자 hskim@etnews.com
