해외기술

Boston College의 한 연구팀이 태양전지의 가장 큰 단점으로 꼽히는 ‘낮에만 전력을 생산할 수 있는 문제’를 극복하는데 일조할 저렴한 촉매물질을 개발한 것으로 보인다. 태양전지의 이러한 문제점을 개선할 방법 중 가장 근본적인 기술은 물분자로부터 수소분자를 추출해 내고 추출된 수소분자를 에너지원으로서 저장하여 해가 떠 있지 않은 밤에도 전력을 만들어 낼 수 있도록 하는 것이다. Boston College의 화학과 교수인 Dunwei Wang이 주도하는 연구팀은 물분자로부터 수소분자를 추출하는데 필요한 에너지를 현저히 낮춰주는 역할을 하는 나노구조의 촉매물질 개발이 태양전지를 이용한 에너지 시스템의 한계를 극복하는데 중요한 역할을 하게 될 것이라 이야기했다. 지난해 9월 10일 MIT의 온라인 뉴스메거진 중 하나인 Technology Review를 통해 발표된 Wang의 연구결과에 따르면 ‘nanonet’이라 불리는 2차원 가지모양의 구조를 가지는 새로운 나노 물질은 그 물질이 가지는 매우 넓은 표면적에 의해 물 분자가 산소와 수소로 분해되는 과정을 쉽게 만들어 주는 역할을 한다고 한다.

스스로 자라나는 ‘Nanonet’
Wang이 개발한 ‘nanonet’은 2007년 독일의 막스플랑크 연구소에서 수행되었던 티타늄 실리사이드연구를 기반으로 만들어 졌다. Technology Review에 따르면 막스플랑크 연구소의 연구원들은 티타늄 실리사이드가 다양한 빛을 흡수하여 물 분자를 수소와 산소로 분해하는 현상에 대한 가능성을 보여 줬으며 Wang의 연구팀은 티타늄 실리사이드의 표면적을 넓히는 연구를 통해 티타늄실리사이드의 성능을 높이는데 혁신적인 역할을 했다고 한다. “더 넓은 표면적은 더욱 많은 물 분자가 티타늄 실리사이드와 접촉하고 따라서 개선된 효율을 달성케 해주는 것으로 생각하시면 됩니다” Wang은 ‘Technology Review’와의 인터뷰에서 설명했다. “nanonet은 현재까지 만들어진 어떠한 2차원 구조물 보다도 복잡한 구조를 가지고 있습니다” nanonet은 티타늄과 실리콘 와이어가 고온의 반응로에서 서로 교차하며 만들어 지는데 이러한 기술은 현재까지 1차원 상에서만 가능했으며 매우 이상적인 조건에서만 2차원으로 자란다고 생각되어 왔었다. “이상적인 조건을 만들어 줄 경우 nanonet이 만들어지는 반응은 자발적으로 일어나게 됩니다. 특수한 상황을 만들어 주면 매우 복잡한 나노 구조물이 스스로 자라나게 되는 거죠” ‘Technology Review의 기사에 따르면 티타늄 실리사이드의 전도도는 빛에 의한 물의 수소, 산소로의 분해하는 성능 결정하는데 있어 매우 중요한 특성이라고 하는데, Wang의 설명에 따르면 그가 개발한 nanonet의 경우 기존의 벌크타입 티타늄 실리사이드에 비해 10배 이상의 전도도를 가진다’고 한다. “아직 발표되진 않았지만 제가 개발하고 있는 나노구조의 티타늄 실리사이드는 벌크타입의 티타늄 실리사이드와 비교할 때 100배 이상의 효율을 보여주고 있습니다” Wang의 새로운 연구에 대한 자세한 내용은 ‘Ange wandte Chemie’에 게재 되었다.           Ceramic Bulletin