[구미=이승근] 금오공과대학교 응용화학과 오일환 교수(42․사진) 연구팀이 세계 최초로 태양광 에너지를 이용한 물 분해 연구*에 성공했다.

오일환 교수 연구팀은 태양광 수소를 생산하는 과정에서 페로브스카이트 소재를 이용해 태양광 물 분해에 성공했으며, 연구 결과(논문명: 유기 금속 할라이드 광전극을 이용한 통합 태양광 물분해; Integrated Photoelectrolysis of Water Implemented on Organic Metal Halide Perovskite Photoelectrode)는 재료과학 권위지인 에이시에스 어플라이드 머터리얼즈&인터페이시즈(ACS Applied Materials & Interfaces*) 온라인판에 지난 7일자로 게재됐다. 연구팀은 미래창조과학부와 한국연구재단의 한·스웨덴 국제공동연구 사업을 통해 이 연구를 수행했고 스웨덴 왕립공과대학 제임스 가드너 교수와 공동연구를 진행해 왔다.

오 교수는 “저가의 페로브스카이트 반도체를 사용해도 고가 반도체와 유사한 수소생산 성능을 보여주는 것을 확인했다."며“연구를 통해 제조공정이 비싸고 효율이 낮은 태양광 물 분해 기술의 경제성을 높이는 데 기여할 전망"이라고 밝혔다. 또 “물과 햇빛만을 이용한 청정에너지로 태양광 수소생산 기술이 주목 받고 있다."며“향후 후속 연구를 통해 수소 생산 효율을 최적화 할 수 있도록 노력하겠다."고 덧붙였다.

최근 태양 에너지 연구 분야는 유기 금속 할라이드(organic metal halide) 페로브스카이트* 소재에 큰 관심을 보이고 있는데, 이 물질은 값싼 용액공정을 통해서 제조될 수 있음에도 우수한 성능을 보여 기존 실리콘과 경쟁할 수 있는 신소재로 여겨지고 있다. 그러나 대부분 고체 태양전지에 국한되어 연구되고 있어, 오 교수가 연구한 태양광을 이용한 물 분해 연구는 획기적으로 볼 수 있다.

※용어설명

○ 태양광 물분해 (solar water splitting)

태양에너지를 이용하여 물을 분해하여 에너지원인 수소를 만드는 기술. 태양에너지를 에너지원으로 사용하고 물을 반응물로 사용하므로 청정하면서도 지속가능한 에너지원으로 주목받고 있음.

○ ACS Applied Materials & Interfaces 誌

미국화학회(American Chemical Society)에서 출간하는 재료과학 분야 최상위급 국제학술지 (피인용지수: 6.723, 재료과학 분야 상위 10%, 2014년 기준)

○유기 금속 할라이드 페로브스카이트 (organic metal halide perovskite)

최근 전세계적으로 주목받고 있는 로 유기 성분과 무기 성분의 조합으로 이루어진 새로운 반도체 소재. 가장 널리 사용되는 조성은 CH3NH3PbI3 로 유기 작용기와 무기 작용기의 하이브리드(hybrid)된 페롭스카이트 결정구조를 갖고 있음

그림1 설명

그림 1. 페로브스카이트 광전극을 이용한 태양광 물분해의 모식도 (A)와 페로브스카이트 광전극의 단면 구조를 전자 현미경을 통해 관찰한 이미지 (B)

그림2 설명

그림 2. 페로브스카이트 광전극을 이용한 태양광 물분해의 전류-전압 측정결과(A)와 페로브스카이트 광전극의 표면으로부터 물분해 반응이 진행되어 기포가 발생하는 사진 (B)

그림3 설명

그림 3. 페로브스카이트 광전극을 용매로부터 보호하기 위해 도입한 탄소나노튜브/고분자 복합층의 단면에 대한 전자현미경 사진 (A) 및 탄소나노튜브/고분자 복합층을 도입하여 광전극의 안정성이 향상된다는 측정 결과 (B)