주오심 한국과학기술연구원(이하 KIST) 청정에너지연구센터 박사팀은 22일 인공광합성 효율 증대 방법을 찾아냈다. 반도체 전극과 금속복합체를 이용, 빛의 유무에 따른 반응 차이와 그 원리를 밝혀 적용했다.

화학 분야 국제학술지 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie)’ 표지논문으로 게재된 KIST 연구 / KIST 제공
화학 분야 국제학술지 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie)’ 표지논문으로 게재된 KIST 연구 / KIST 제공
최근 자연 광합성의 원리를 응용해 온실가스 이산화탄소를 일산화탄소 등 고부가가치 물질로 바꿀 수 있는 인공광합성 기술이 주목받고 있다.

자연 광합성에서는 이산화탄소를 유용한 화합물로 전환하는 ‘이산화탄소 환원 반응’이 일어난다. 반면, 빛을 흡수해 전력을 만드는 광전극과 촉매반응을 높이는 조촉매로 만드는 인공광합성에서는 이산화탄소 환원 반응 외에 ‘수소 발생 반응’이 함께 일어난다. 그만큼 일산화탄소 생산 효율은 떨어진다.

KIST 연구진은 광전극과 금속복합체 조촉매를 사용하고, 여기에 빛 에너지를 직접 공급하면 자연 광합성처럼 이산화탄소 환원 반응만 일어나는 것을 밝혀냈다. 이 경우 전자 가운데 98% 이상이 이산화탄소 환원 반응에 참여한다. 반면, 이전처럼 전기 에너지를 공급하면 전자 가운데 14%만 이산화탄소 환원 반응에 참여한다.

빛의 유무에 따라 인공광합성 반응경로가 달라지는 점을 발견하고, 이산화탄소로부터 고부가가치 물질 일산화탄소를 선택적으로 생산하는 방법을 찾은 것.

주 박사는 "이번 결과는 앞으로 인공광합성 모사 시스템을 디자인할 때 중요한 이론적 배경이 될 것"이라고 밝혔다.

이 연구 결과를 담은 논문은 화학 분야 국제학술지 '앙게반테 케미'에 표지 논문으로 선정됐다.