최신 기사
-
전국노동
-
전국노동
-
전국노동
-
전국노동
-
전국노동
-
전국노동
-
과학·군사
물을 청정에너지 "수소 연료"로 변환하는 데 단지 햇빛만 필요하다고? 이 과학적 구상이 연구자들에 의해 한 걸음씩 현실이 되고 있다. 최근 중국과학원 금속연구소 류강(刘岗) 연구원 팀이 광촉매 물 분해 수소 생산 분야에서 중요한 돌파구를 마련했다. 희토류 스칸듐 도핑 기술을 통해 이산화티타늄의 자외선 물 분해 수소 생산 효율을 15배 향상시키는 데 성공했다. 이 성과는 태양광 대규모 수소 생산을 위한 새로운 재료 솔루션을 제공하며, 관련 연구 결과는 8일 <미국화학회지>(American Chemical Society, ACS)에 게재되었다.
150년 전, 공상과학 작가 쥘 베른은 "물이 궁극적인 연료가 될 것"이라고 예언했다. 과학자들은 이 예언을 현실로 만들 수 있는 다양한 기술을 개발하기 위해 노력해 왔으며, 그중에는 햇빛으로 직접 물을 분해해 수소를 얻는 방법도 포함된다. 전통적인 "태양광 발전+전기분해" 수소 생산방식과 비교할 때, 광촉매 물 분해는 햇빛을 이용해 직접 "원클릭 수소 생산"이 가능하며, 장비가 간단하고 비용이 저렴하다. 그러나 1972년 이산화티타늄의 광분해 특성이 발견된 이후, 광생성 전하의 빠른 재결합을 방지하는 방법은 계속해서 세계적인 난제로 남아 있었다. 이는 마치 미로에서 진행되는 자동차 경주와 같아서, 대부분의 전자가 목적지에 도달하기도 전에 소멸되곤 했다.
연구팀은 혁신적으로 희토류 원소 스칸듐을 "개조 엔지니어"로 선택하여, 그 독특한 원자 배열 능력을 통해 이산화티타늄 표면에 두 개의 "전하 고속도로"를 구축했다: {101} 결정면은 정공(hole) 통행 전용이고, {110} 결정면은 전자 운송을 담당한다. 실험 결과, 5% 스칸듐이 도핑된 이산화티타늄은 재료 내부의 전하 트랩을 제거했을 뿐만 아니라, 1kV/cm 강도의 방향성 전기장을 형성하여 광생성 전하 분리 효율을 200배 향상시켰고, 자외선에 대한 양자 효율이 30%를 돌파했다.
"이는 수백 나노미터 크기의 이산화티타늄 입자 내에 입체 교차로를 설치한 것과 같다"고 류강은 설명했다. 새로운 재료로 1제곱미터의 광촉매 재료 패널을 만들면, 하루 태양광 조사(光照)로 약 10리터의 수소를 생산할 수 있다. 그러나 그는 또한 "이는 '반쪽 승리'일 뿐입니다. 현재 우리는 태양광의 5%를 차지하는 자외선만 활용하고 있으며, 43%를 차지하는 가시광선을 어떻게 잘 활용할 것인가가 우리의 다음 연구 방향입니다"라고 솔직히 말했다.
"이 연구는 고효율 광촉매 재료 설계에 새로운 아이디어를 제공했으며, 효율이 더욱 향상됨에 따라 태양광 물 분해 수소 생산은 녹색 에너지 시스템의 중요한 퍼즐 조각이 될 것으로 기대됩니다"라고 류강은 전망했다.
2025-04/10
(원문보기) https://tech.huanqiu.com/article/4MDSS4o8vHn
[울산함성 무료구독 신청] https://t.me/+ji13hLs-vL83ZTBl
삭제하시겠습니까?
