[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 인수일 교수팀이 햇빛과 물만 있으면 이산화탄소를 천연가스, 즉 메탄으로 만드는 촉매를 개발했다. 이 촉매는 메탄을 만드는 6시간 동안 99.3%의 성능을 유지했으며, 다른 촉매 보다 재생력이 4.22배 높다. 이는 대기중의 이산화탄소를 에너지 자원으로 변환시키는 친환경 미래기술로, 이렇게 만들어진 천연가스는 가스 냉·난방, 천연가스 차량의 연료로서 우리 일상에 유용하게 사용될 수 있다. 29일 DGIST에 따르면, 연구진은 이산화탄소를 천연자원으로 전환하면서 동시에 효율도 높일 수 있도록 가시광과 적외선을 잘 흡수할 수 있는 '카드뮴 셀레나이드'와 광촉매 재료로 잘 알려진 금속산화물인 '이산화티타늄'을 결합하는 방법을 고안했다. 격자 구조의 주기성이 결여된 불규칙한 입자배열로 타이타늄 3가 양이온 활성점을 더 많이 형성할 수 있는 '비정질'의 이산화티타늄을 활용해 촉매 성능을 향상시켰다. 전하의 안정적 전달이 촉진되어 반응에 참여할 수 있는 전자가 충분히 공급됨으로써, 이산화탄소가 탄소화합물, 특히 메탄연료로 전환되는 과정이 보다 쉽게 이뤄졌다. 또한, 고온에서의 재생 공정이 필요한 일반적인 광촉매와 달리, 비정질 촉매는 가열없이 반응기에 산소를 공급하면 1분 내로 재생할 수 있는 장점을 갖고 있다. 인수일 교수는 "이번 연구는 재생력이 있는 활성점을 보유한 촉매를 개발하고, 계산화학 연구를 통해 이산화탄소가 비정질 촉매에서 메탄으로 전환되는 메커니즘을 규명했다는 점에서 큰 의미가 있다"며, "향후 기술 상용화를 위해 비정질 광촉매의 에너지 손실 개선 및 장기 안정성 향상 관련 후속 연구를 진행하겠다"고 말했다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 촉매를 에너지·환경 분야의 저명한 국제학술지 '응용촉매 B: 환경과 에너지(Applied Catalysis B: Environment and Energy)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 세상에서 가장 작은 반도체를 만들었다. 연구진은 이 반도체를 촉매로 활용해 이산화탄소를 화장품이나 플라스틱의 원료물질을 만드는데 성공했다. 기초과학연구원(IBS)은 현택환 나노입자 연구단장팀이 원자 26개로 구성된 반도체를 개발했다고 19일 밝혔다. 이와함께 이 반도체를 촉매로 활용해 이산화탄소를 '프로필렌 카보네이트'로 만드는데 세계 최초로 성공했다. 현택환 단장은 "반도체 클러스터의 조성을 조절해 전혀 새로운 성질을 가진 반도체 물질을 만들어 향후 미래 반도체 소재를 발굴하는 연구에 기여할 것"이라고 전망했다. 연구진은 망간이온이 바뀐 13개의 카드뮴셀레나이드 클러스터와 13개의 아연셀레나이드 클러스터를 합성해 반도체를 만들었다. 이때 온도를 서서히 올려가며 나노입자를 합성하는 승온법을 적용했다. 이렇게 합성된 클러스터 수십억개를 2차원 또는 3차원적으로 규칙성 있게 배열해 거대구조(suprastructure)를 만들었다. 연구진이 합성한 새로운 거대구조는 1년 이상 안정성을 유지했다. 연구진이 만든 거대구조는 발광효율이 1%에 불과했던 기존 반도체 클러스터 대비 발광효율이 72배가량 향상됐다. 기존 반도체 클러스터는 공기 중에서 30분이 지나면 그 구조에 변형이 일어나 지금까지 응용 사례가 없었다. 또 연구진은 이 반도체를 이용해 이산화탄소 전환 촉매를 만들었다. 이 촉매는 통상적으로 반응이 일어나는 온도와 압력에 비해 저온·저압 환경에서도 이산화탄소를 화장품 및 플라스틱의 원료물질인 '프로필렌 카보네이트'로 만들었다. 연구진이 촉매를 만들때 카드뮴과 아연이 원자 단위에서 반씩 섞인 클러스터 거대구조에서 두 금속 간의 시너지 효과가 유발돼 촉매 활성이 향상되는 것을 확인했다. 제1저자인 백운혁 연구원은 "온화한 조건에서 1시간에 1개의 클러스터가 3000개의 이산화탄소 분자를 프로필렌 카보네이트로 변환하는 높은 전환율을 보였다"고 말했다. 이번 연구결과는 재료분야 세계적 권위지인 '네이처 머터리얼스'에 19일(한국시간) 게재됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

<사진은 정과부 13일 화상> 국내 연구진이 나노분야 난제중 하나였던 ‘반도체 나노결정 도핑’기술을 개발하는데 성공했다. 우리나라가 차세대 나노 반도체 공정 기술을 주도하는데 기여할 전망이다. 서울대 현택환 교수와 박사과정 유정호씨 연구팀은 미국 노트르담대 및 오스틴텍사스대, 포항공대 연구진 등과 공동으로 반도체 나노결정을 핵 형성 과정에서부터 효율적으로 도핑할 수 있는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다. 불순물을 의도적으로 주입해 물질의 전기적, 광학적, 자기적 성질을 조절하는 도핑은 반도체 산업의 핵심 공정이다. 이 중 나노결정 도핑 기술은 매우 작은 크기와 안정성 등의 문제로 구현하기 어려운 것으로 알려져 있으며 기존에 보고된 도핑 효율이 1% 정도에 머물렀다. 연구진은 이 연구에서 ‘카드뮴 셀레나이드(CdSe)’ 반도체 나노결정 성장 과정 중에 나노입자보다 작은 ‘핵’의 형성과정을 화학적으로 제어하면 10% 이상 더 효율적인 도핑이 가능하다는 사실을 알아냈다. 현 교수는 “도핑된 핵입자들은 자기조립과정을 통해 나노리본을 만들게 되는데 이 나노리본이 차세대 나노반도체에 이용될 것”이라고 말했다. 연구성과는 16일자(한국시간) ‘네이처 머티리얼즈’ 온라인판에 게재된다. /economist@fnnews.com이재원기자