국내 연구진이 나노 입자의 표면적을 극대화한 '나노숲' 구조체를 이용해 기존보다 1000도 이상 낮은 온도에서 수소를 만드는 데 성공했다.
윤명한 광주과학기술원(GIST·사진) 교수팀은 주상현 경기대 교수팀, 곽상규 울산과학기술원(UNIST) 교수팀과 공동으로 금속산화물 나노 구조체와 극자외선을 이용해 저온에서 수소를 생산하는 시스템을 개발했다고 28일 밝혔다.
열화학적 수소 생성은 금속산화물과 물의 반응을 이용해 수소를 생산하는 기술이다. 이 기술은 금속산화물과 물이 만나 수소가 발생하는 '산화 과정'과, 산화된 금속산화물에서 산소를 떼어내 다시 수소 생성이 가능한 상태로 만드는 '환원 과정'으로 구성된다. 기존에는 환원 과정의 반응 온도가 1000 ℃ 이상으로 높아 금속산화물의 반응 표면적이 줄어들어 지속적인 수소 생성이 어려웠다.
연구팀은 산화주석 나노선 지지체 위에 산화철 나노입자를 균일하게 입힌 '나노숲' 구조를 만들어 반응 표면적을 극대화하고, 나노 입자가 덩어리로 변하는 '소결 현상'을 최소화했다. 이런 효과로 인해 수소 생성 반응이 평면 나노 구조보다 1.5배 이상 빠르게 진행됐다. 또 연구팀은 환원 과정에서 필요했던 고온 열처리 대신 극자외선을 1시간 동안 쬐어주는 처리를 통해 약 200℃ 온도에서도 수소를 얻는 데 성공했다.윤명한 교수는 "이번 연구성과는 나노소재 기술과 광 활성화를 접목한 새로운 금속산화물 환원법을 개발한 것"이라고 말했다.
이 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단의 원자력연구기반확충사업과 GIST GRI 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 재료 분야 권위지인 '저널 오브 머티리얼 케미스트리 A'에 게재됐다.
