한국연구재단은 국내 연구진이 태양광을 이용해 물을 분해하여 수소를 생산하는 인공광합성 과정에 필요한 이리듐 착체 감광제의 분자활성을 기존 최고 효율의 감광제와 비교하여 2배 이상 높이는 데 성공했다고 23일 밝혔다.

서울대학교 재료공학부 박수영 교수와 황동렬 박사과정 연구원 등이 수행한 이번 연구는 물 분해에 필요한 에너지를 공급하는 감광제의 활성이 높아짐에 따라 향후 청정에너지원인 수소의 생산 효율을 높이는데 기여할 것으로 기대된다.

수소는 휘발유보다 2.75배 많은 에너지(수소 1g 당 122kJ)를 낼 수 있으며 온실가스를 만들지 않아 청정에너지원으로 주목받고 있다.

하지만, 수소의 생산을 위해 대부분 재생이 불가능한 탄화수소 개질법*을 이용하고 있어 친환경적인 공정을 개발하는 것이 관건이었다.

연구팀은 테트라페닐실란 기능기를 도입하여 기존 최고 효율의 이리듐 착체 감광제와 비교하여 분자활성을 2배 이상 끌어올릴 수 있는 감광제를 비롯해, 이 감광제가 만든 에너지로 물을 분해해 수소를 생산할 수 있는 시스템을 개발해냈다.

개선된 감광제는 물 1리터에서 100리터 이상의 수소 기체를 생산할 수 있는 수준의 분자활성(turn over number) 17,000을 기록했다. 이는 기존 유기금속 착체 감광제 중 가장 높은 수준이다.

감광제의 분자활성을 높여 수소생산 효율을 향상시킴으로써 기존 탄화수소 개질법을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

박 교수는 “무한한 에너지원인 태양광과 지구상에 가장 많은 자원인 물로부터 수소를 효과적으로 생산할 수 있는 인공 광합성 시스템을 위한 연구의 토대를 마련한 것”이라고 밝혔다.

이번연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구) 등의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition) 9월 11일자 온라인판에 게재됐다.

(논문명: Highly Efficient Photocatalytic Water Reduction Using Robust Ir(III) Photosensitizers with Arylsilyl-Substituents)