전복 껍데기 구조 모방해 인공광합성 효율 2.5배로

2019.01.29 16:26
전복 껍데기의 진주층은 탄산칼슘과 유기물이 교대로 겹겹이 쌓인 구조다. 국내연구진이 이런 구조를 모방해 만든 전극으로 인공광합성 효율을 기존 대비 2.5배로 늘리는 데 성공했다.게티이미지뱅크
전복 껍데기의 진주층은 탄산칼슘과 유기물이 교대로 겹겹이 쌓인 구조다. 국내연구진이 이런 구조를 모방해 만든 전극으로 인공광합성 효율을 기존 대비 2.5배로 늘리는 데 성공했다. 게티이미지뱅크


국내 연구진이 전복 껍데기의 형상을 모방해 만든 전극으로 태양광에너지를 생체에너지로 바꾸는 인공광합성 효율을 기존보다 2.5배로 늘리는 데 성공했다.

 

류정기 울산과학기술원(UNIST) 교수와 김병수 연세대 교수 공동 연구팀은 산화그래핀과 분자촉매를 정교하게 조립해 전복 껍데기의 진주층 구조를 모방한 전극으로 인공광합성의 효율을 향상시키는 데 성공했다고 29일 밝혔다.

 

인공광합성은 식물이나 조류의 광합성처럼 태양에너지를 이용해 생체에너지(ATP)를 생산하는 기술로, 인공광합성을 활용하면 미생물로 유용한 화학물질을 친환경적으로 생산할 수 있어 주목을 받고 있다. 하지만 백금, 이리듐 등 촉매를 활용한 기존 인공광합성은 효율이 떨어지고 비용이 많이 든다는 문제가 있었다.

 

연구진은 소량으로도 촉매 활성이 높은 분자 촉매에 주목했다. 특히 물 분해 반응이 일어나는 전극 표면에 안정적으로 분자 촉매를 고정하는 데 유리한 전복 껍데기의 진주층 구조에서 아이디어를 얻었다. 류 교수는 “전복 껍데기의 진주층은 탄산칼슘과 유기물이 교대로 겹겹이 쌓인 구조”라며 “‘키틴’과 같은 유기물이 접착제 역할을 해 판상의 탄산칼슘을 고정시키고 전복 껍데기의 강도를 향상시키는 것으로 나타났다”고 말했다. 
 

전북 껍데기(왼쪽)의 진주층을 확대한 모습(오른쪽 위)과 이런 구조를 모방해 산화그래핀과 분자 촉매를 층상으로 겹겹이 쌓은 전극을 확대한 모습(오른쪽 아래). 자료: 한국연구재단
전북 껍데기(왼쪽)의 진주층을 확대한 모습(오른쪽 위)과 이런 구조를 모방해 산화그래핀과 분자 촉매를 층상으로 겹겹이 쌓은 전극을 확대한 모습(오른쪽 아래). 자료: 한국연구재단

이에 착안해 연구진은 분자 촉매와 유기물인 산화그래핀을 전극 표면에 층상으로 쌓았다. 그 결과 산화그래핀이 접착제 역할을 해 분자 촉매가 정전기적 인력에 의해 안정적으로 전극 표면에 밀착되는 것으로 나타났다. 또 산화그래핀 특유의 높은 전기전도도로 인해 전극에서 생성된 전하를 촉매까지 효율적으로 전달하는 데도 도움이 됐다. 이렇게 만든 전극의 인공광합성 효율은 기존 대비 2.5배로 크게 늘어난 것으로 확인됐다.

 

류 교수는 “이번 연구는 높은 효율의 인공광합성 소자를 자연모방을 통해 쉽고 간편하게 설계, 개발한 것”이라며 ”향후 저탄소 녹색성장에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다“고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘미국화학회(ACS) 나노’ 22일자 표지논문으로 게재됐다.

메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

댓글 0

작성하기

    의견쓰기 폼
    0/150