이산화탄소는 지구온난화를 일으키는 가장 큰 원인으로 지목된다.

이산화탄소로 인한 환경문제를 극복하기 위하여 이를 전환시키려는 기술개발 연구가 대두되고 있지만 구조적으로 매우 안정되어 있기 때문에 다른 물질로 쉽게 전환되지 않는다.

현재 기술은 고가의 전기·열에너지를 투입해 이산화탄소를 분해하는 수준으로, 광범위하게 활용되기 어려운 실정이다. 인공광합성을 통한 이산화탄소 전환 연구에서도 촉매효율이 낮고 전환반응이 안정적이지 못한 한계가 있다.

손호진 교수 연구팀은 고효율 태양광 포집기술을 적용하여 이산화탄소 전환용 광촉매를 개발했다. 이를 통해 이산화탄소가 일산화탄소 중간물질로 전환됨으로써 사용가능한 합성연료가 생성된다.

연구팀은 식물이 광합성 할 때 빛을 포집하는 클로로필과 유사한 포피린 염료를 활용했다.

포피린은 태양광에 장시간 노출되면 쉽게 분해되지만, 여기에 산화물반도체를 결합시켜 광안정성을 획기적으로 개선시켰다.

이에 따라 포피린만으로 구성된 광촉매보다 전환효율이 10~20배 향상되고, 4일 이상 장기 연속 공정에서도 촉매반응이 지속됐다.

특히 포피린은 가시광선 중에서도 파장이 길고 에너지가 낮은 적색 빛도 잘 흡수할 수 있다. 태양광 발전에서 사용되지 않고 버려지던 적색 빛으로 광에너지를 포집함으로서 안정적으로 이산화탄소 환원 반응을 유도할 수 있다.

손호진 교수는 "향후 개발된 광촉매는 대용량 이산화탄소 전환에 적용이 가능하여 기후변화대응 환경산업 발전에 큰 기여를 할 것으로 기대된다"며 연구의 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 교육부·한국연구재단 대학중점연구소지원사업, 이공학 개인기초연구지원사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단 기후변화대응기술개발사업의 지원으로 수행됐고, 화학분야 국제학술지 에이시에스 카탈리시스(ACS Catalysis) 지난 9일 게재됐다.