KISTI의 과학향기

미국 러트거스뉴저지 주립대학(The State University of New Jersey)의 연구진은 이산화티타늄으로 코팅된 별 모양의 금 나노입자가 기존 방법에 비해서 물에서 수소를 4 배 이상 생산할 수 있다는 것을 발견했다. 이 연구결과는 태양 에너지의 저장 용량을 향상시키고 재생 에너지의 사용을 촉진하는데 새로운 길을 열어줄 수 있을 것이다.

 

이번 연구는 금 나노입자의 전자를 여기시키는데 자외선이 아니라 가시광선과 적외선을 활용했다. 금속 속에 여기된 전자들은 반도체로 더 효율적으로 전달될 수 있다.

 

이 연구는 광촉매에 중점을 주었고, 광촉매 반응은 햇빛을 이용해서 더 빠르고 더 저렴한 반응을 불러올 수 있다. 자외선을 조사한 이산화티타늄은 종종 촉매로서 사용되지만, 자외선을 사용하는 것은 비효율적이다. 이번 연구에서는 가시광선과 적외선을 사용해서 금 나노입자가 전자들을 더 빨리 흡수하고 전달할 수 있다는 것을 확인했다.

 

이번 연구진은 금 나노입자를 이산화티타늄으로 코팅하고 자외선, 가시광선, 적외선에 노출시킨 후에 전자들이 금으로부터 다른 재료로 얼마나 많이 이동되는지를 조사했다. 그리고 기존 기술보다 물에서 수소를 4 배 이상 생성한다는 것을 발견했다. 수소는 태양 에너지를 전장해서 태양이 비추지 않을 때 에너지로 사용된다.

 

금 입자를 결정성 티타늄으로 코팅하는 공정은 초저온 합성으로 가능했다. 재료 및 촉매 작용 관점에서 이것은 매우 고무적인 일이다. 그러나 아직 재료의 작동 원리를 완전히 이해하지 못했기 때문에 이것에 대한 추가적인 연구가 필요하고, 이것이 완료되면 반도체, 화학 산업 등의 다양한 분야에 적용될 수 있을 것이다.

 

이 연구결과는 저널 Chem에 “TiO2 on Gold Nanostars Enhances Photocatalytic Water Reduction in the Near-Infrared Regime” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.06.004).