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기계 인공 광합성에 새로운 문을 여는 적철석 재성장 기술개발
2015.10.01 22:04
인공 광합성에 새로운 문을 여는 적철석 재성장 기술개발http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2015070063&service_code=03 |
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| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-07-06 | |
| 클린 파워 생산을 위해 전자가 풍부한 수소를 창조하기 위한 효율적인 가수분해 기술을 개발하는 것은 적철석(hematite)의 낮은 성능 때문에 문제가 되고 있다. 그렇지만, 이 광석의 표면 재성장(re-growing)을 통해, 더 부드러워진 적철석이 전기 산출량을 두 배로 향상시켜 에너지 하베스팅 인공 광합성에 새로운 문을 열게 되었다고 [Nature Communications] 저널에 발표된 보고서는 밝혔다. 재성장된 적철석은 우수한 전력생산 애노드인 것으로 증명되었고, 턴-온 전압이 낮아서 연구진들이 지구에 풍부한 적철석과 실리콘을 인공 광합성 분야에서 유일한 빛 흡수장치로 먼저 사용할 수 있도록 한다고 이 보고서의 선임 저자인 보스턴 컬리지(Boston College) 화학과 조교수인 둔웨이 왕(Dunwei Wang) 교수는 말했다. 새롭게 개발된 수소 생산 프로세스는 전체적인 효율성이 0.91%로 그 자체로 양호한 효율성을 나타내었지만, 지구 상에서 가장 풍부한 원소 중 두 개라고 불리는 적철석과 비결정질 실리콘에 의해 측정된 최초의 유의미한 효율성이라고 연구진들은 보고했다. "단순히 적철석의 표면 특성을 부드럽게만 하더라도, 이러한 철로 구성된 암석 종류들은 모래에서 파생된 실리콘과 어울리는 조합을 만들어, 태양열 수소 생산을 위한 가수분해를 완벽하게 수행할 수 있게 한다. 매우 드문 이러한 독립적인 가수분해 방식은 비용이 많이 들거나 희귀원소를 요구하는 것도 아니다"라고 청정에너지 생산을 위한 새로운 방식에 연구 초점을 맞춘 왕(Wang) 교수는 말했다. 왕(Wang) 교수에 의하면, 이 연구결과는 녹과 유사한 산화철 형태인 적철석에 대해 예측된 바 있는 잠재적인 성능에 대한 이론적인 모델을 현실화시키기 위한 중요한 단계이다. "이번 연구결과는 이미 이용가능한 자원을 이용하여 효율적이고 저렴한 태양열 연료 생산이 우리 가까이 있다는 새로운 희망을 제공하는 것이다. 그곳에 도달하는 것은 우리에게 재생에너지로 전력을 공급받는 지속 가능한 미래를 보장해 주는 것"이라고 그는 말했다. 보스턴 컬리지, 캘리포니아 대학교 버클리캠퍼스 그리고 중국 과학기술대학교가 포함된 이 연구팀은 적철석의 표면 결함에 초점을 두기로 했는데, 이것은 초기 연구에서 수소 가스 내에서 태양 에너지를 저장하고 캡처하기 위해 인공 광합성을 사용하는 과정의 핵심 프로세스인, 점프-스타트 광전기화학(photoelectrochemistry) 반응에 필요한 턴-온 전압을 제한했었기 때문이다. 연구팀은 로렌스 버클리 국립연구소에 있는 싱크로트론 입자 가속기(synchrotron particle accelerator)를 이용하여 적철석 표면 특성을 재평가했다. 그들은 매우 높은 열 상태에서 물질에 산성 용액을 적용하는 새로운 재성장 전략을 개발했는데, 이것은 높은 부위를 감소시키고 파인 부분을 채워서 표면을 부드럽게 하는 역할도 동시에 진행했다. 실험결과는 즉시 턴-온 전압의 향상과 전력 생산에서는 엄청난 증가치인 0.24볼트에서 0.80볼트로의 광전압 상승을 보여주었다. 연구팀은 새로운 적철석-실리콘 방식에 대한 추가적인 수정작업이 대규모 이용에 타당성이 있도록 할 것이라고 보고했다. 더욱이, 재성장 기술은 인공 광합성 분야에 추가적인 기술혁신을 보여 줄 가능성이 있는 다른 물질에도 적용가능할 것이다. "단순한 재성장 방식이 적철석의 성능을 이렇게 개선할 수 있다는 사실을 확인한 것은 기쁨이다. 이전에 확인된 좋지 않은 성능 덕분에, 적철석은 이 분야의 많은 우수한 연구진들이 거의 소용없는 물질로 치부한 것이다. 우리는 이러한 지구 상에서 풍부하고 비독성의 물질로부터 하베스팅이 가능하다는 사실을 보여 준 것이 매우 기쁘다"고 왕(Wang) 교수는 말했다. |
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자료를 가져가실 때에는 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』을 밝혀 주시기 바랍니다.
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