KIST, 이상적 수소제조기술 개발
KIST, 이상적 수소제조기술 개발
  • 박설민 기자
  • 승인 2019.07.10
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그래피틱 카본 나이트라이드 액정상 발현‧섬유화 성공

[투데이에너지 박설민 기자] 경제적인 수소공급을 위한 신기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 기능성복합소재연구센터 정현수 박사팀이 전남대학교 전영시 교수팀, 한국화학연구원 김윤호 박사팀과 공동연구를 통해 수소를 가장 이상적으로 제조할 수 있는 원천 기술인 ‘
그래피틱 카본 나이트라이드’의 ‘액정상을 세계 최초로 발현하고 섬유화에 성공했다고 10일 밝혔다.

‘그래피틱 카본 나이트라이드’란 그래파이트 형태를 가지고 있는 2차원 판상구조의 유기반도체 물질이며 액정상은 액체와 고체의 특성 모두를 가지고 있는 상을 말한다.

수소생산 시 환경‧경제적 측면을 고려할때 가장 이상적인 방법은 광촉매기술을 이용해 태양에너지로 물을 수소와 산소로 분해하는 것이다. 이때 그래피틱 카본 나이트라이드는 물을 분해하는 가시광전을 흡수하기에 적합한 밴드갭(약 2.6eV)을 가지고 있어 태양광을 이용한 광촉매로서 응용이 가능하다.  또한 가격 경쟁력이 우수하고 높은 열적 안정성과 화학적 안정성을 가지고 있어 현재 일본, 독일, 미국 등에서 활용효율을 높이는 연구가 활발히 진행 중이다. 

해당 연구분야의 가장 큰 난제는 바로 그래피틱 카본 나이트라이드의 낮은 용해도 문제로 인해 용액공정이 어려운 것과 탄소나노튜브, 그래핀과 같은 다른 기능성 나노소재와 마찬가지로 용해도가 떨어진다. 이러한 한계를 극복하기 위해 많은 연구들이 진행됐고 2015년 중국에서 관련 논문을 발표했으나 이는 액정상 기반 그래피틱 카본나이트라이드의 새로운 구조체를 제시하지는 못했다. 

이번 정현수 박사가 이끄는 공동연구팀은 합성되는 그래피틱 카본나이트라이드의 층간간격과 모양이 액정상 발현에 결정적 역할을 한다는 것을 찾아냈다. 특히 박리가 완벽할 때 나타나는 액정상을 편광현미경으로 관측하는데 성공했으며 X-Ray 분석기법으로 액정상을 명확하게 규명했다. 

아울러 액정상 기반 그래피틱 카본나이트라이드 섬유 구조체를 제시해 탄소나노튜브, 그래핀과 같이 이미 산업화된 습식방사 공정을 이용한 액정섬유 제조에 성공, 파우더 형태의 그래피틱 카본나이트라이드를 연속 생산가능한 광촉매섬유로 탈바꿈 시킬 수 있는 가능성을 찾아냈다. 

가시광선에서 물 분해나 휘발성유기화합물(VOC)과 같은 오염물질 분해가 가능한 섬유제작 등 다양한 광촉매 기반기술에 대한 응용이 기대되며 지속적으로 연구개발을 통해 고효율의 수소를 생산할 수 있는 광촉매 섬유가 양산될 경우 안정적이고 경제적인 수소의 공급이 가능해질 전망이다. 

정현수 박사는 “이번 연구의 중요성은 그래피틱 카본나이트라이드의 액정상 발현에 필요한 중요 인자를 찾아내 광촉매섬유 생산의 가능성을 확인했다는 점에 있다”고 강조했다. 

또한 전영시 교수는 “이번 연구를 기반으로 고효율의 수소생산용 광촉매 섬유 및 실내 공기정화용 광촉매 섬유 제조기술을 확보하는데 매진하겠다”고 밝혔다. 


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