서형탁 아주대 교수(에너지시스템학과·신소재공학과) 팀이 ‘고효율·고안정성 태양광촉매 전극’을 개발해냈다. 효율성과 안정성을 모두 만족시키기 어려웠던 기술적 한계를 극복하고 동시에 달성하는데 성공했다.

서 교수팀이 개발한 광전극은 3가지 다른 종류의 나노 구조와 박막 소재를 쌓은 텐덤(tandem)구조를 이용했으며, 단일 전극이 빛에 직접 반응하는 일체형 광촉매 전극이다.

이 광전극은 빛에 의해 생성된 전하들이 손실 없이 양극과 음극으로 분리돼 물에서 수소를 고효율로 발생시켰다. 물의 광전기 분해 효율의 척도가 되는 광전류는 단일 일체형 전극으로는 세계 최고 수준이었으며 24시간 동안 수소 발생 효율이 95%가 유지되는 것도 광전류 측정과 가스 크로마토그라피 측정법으로 확인됐다.

이외에도 서 교수팀은 5나노미터의 이산화타이타늄(TiO2) 초박형 보호막층을 전해증착법이라는 기술을 이용해 빈 공간 없이 완전히 덮는 공정도 개발해냈다. 보호 층이 없는 경우에 비해 25% 이상의 광효율 안정성과 16% 이상의 광변환 효율 향상을 달성했다.

서형탁 교수는 “촉매반응 향상을 위해 조촉매 입자 등을 추가로 적용하면 더 높은 효율의 물분해 수소 생성이 가능하고, 메탄 분해 등 다른 물질의 광화학 반응에도 적용이 가능하다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견 연구자 지원 사업, C1 가스 리파이너리 사업 및 BK플러스 사업의 지원을 받아 이루어졌다. 연구결과는 ‘Journal of Materials Chemistry A’ 1월 24일자호에 표지논문으로 소개됐다.