최근 본격적으로 보급이 시작된 수소·전기차에서 보듯 ‘수소’는 저비용, 고효율의 차세대 에너지원으로 각광을 받고 있다. 특히 환경오염 문제를 완벽하게 해결할 수 있는 차세대 그린 에너지로 자동차뿐 아니라 드론, 기차, 선박, 발전소 등의 연료로 널리 활용될 수 있다.

그러나 수소 생산은 원유를 정제하면서 부가적으로 얻어지는 부생수소를 사용하거나, 천연가스 등을 고온에서 개질하는 방법이 현재의 수준인데, 이러한 방법은 생산량이 매우 제한적이고 화석연료 사용으로 친환경적이지 못하다. 결국 물을 태양광으로 분해하여 얻는 방법이 그린 수소 생산의 최적화 방법인데, 분해에 활용되는 저렴하고 친환경적인 촉매의 개발이 관련 분야 연구자들의 가장 큰 관심사다.

이러한 ‘그린 수소’ 생산을 위해 기존보다 월등히 우수하면서도 친환경적인 촉매를 전북대 유연태 교수(공대 신소재공학부 정보소재공학전공)가 개발해 세계 학계 관심을 모으고 있다. 특히 유 교수가 개발한 촉매는 신재생에너지인 태양광(가시광선)을 기반으로 하는 광촉매 수소생산 기술이어서 더욱 이목이 집중되고 있다.

이번 연구 결과는 나노 촉매 분야의 세계적 저널인 『Applied Catalyst B: Environmental (Impact factor : 16.683)』 2021년 3월호(Vol.286)에 「Insightful understanding of hot-carrier generation and transfer in plasmonic Au@CeO2 core–shell photocatalysts for light-driven hydrogen evolution improvement」란 논문 제목으로 게재됐다.

유 교수가 개발한 광촉매 물질은 기존 촉매보다 성능이 월등히 우수한 코어-쉘 구조 나노입자 기반이다. 유 교수는 기존의 광촉매 물질인 순수한 CeO2 나노입자 보다 효율이 10배 이상 높은 특징을 가지고 있는 Au@CeO2 코어-쉘 구조 나노입자의 합성 방법을 제시했고, 그 광촉매 반응 메커니즘을 규명했다.

이를 활용하면 저렴하면서도 완벽하게 친환경적인 그린 수소 생산에 한걸음 다가갈 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

유 교수는 “완전한 친환경적인 수소 생산은 광촉매 기반의 수소생산 기술이 유일한 방법이라 할 수 있는데, 아직은 수소생산 효율이 낮은 것이 문제”라며 “기존 광촉매 물질보다 효율이 10배 이상 높다는 특징을 가진 이번 합성 방법을 통해 친환경 수소경제사회 실현을 보다 앞당길 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업, BK21-FOUR, 기초연구실(BRL)사업 등의 지원을 받았으며, 고려대 및 공주대와 공동으로 진행되었다.