한인 교수가 이끄는 연구팀이 기존의 반도체 광촉매보다 태양 에너지로부터 수소생성율을 크게 증가시키고 안정성을 획기적으로 높이는 새로운 반도체 광촉매 기술 개발에 성공해 화제다.

USC 윤종승 교수 연구팀은 태양광 물분해에 쓰이는 기존의 반도체 광촉매가 가진 문제를 근본적으로 해결함으로써 같은 물질을 사용해도 최소 1.5배 이상 향상된 수소변환 효율을 얻을 수 있는 원천기술을 개발했다고 밝혔다. 이 결과는 에너지 분야의 세계 최고 권위지인 ‘네이처 에너지’(Nature Energy) 27일자 온라인판에 게재되었다.

USC 윤종승 교수 연구팀이 개발한 ‘양방향 분리 전극’(Bifacial Photoelectrodes) 기술은 태양광 기반 수소에너지 상용화에 획기적 단초가 되는 연구 결과로, 태양광 수소변환 효율을 13.1%로 크게 증가시켰으며 기존 웨이퍼 기반의 화합물 반도체 광촉매와 비교해 최소 1.5배 증가된 효율을 보였다. 동시에 촉매반응이 일어나는 전극 표면에서 사용 가능한 물질의 종류 및 두께 등을 자유롭게 선택할 수 있기 때문에 안정성도 획기적으로 개선할 수 있었다.

윤종승 교수는 “이번 연구가 반도체 광촉매의 상용화에 필요한 15%이상의 태양광 수소변환 효율과 안정성을 달성하는데 핵심 기술이 될 것”이라고 강조했다. 또, 이전에 윤 교수가 개발해 2010년 네이처지에 등재된 차세대 화합물 반도체 태양전지 기술과 접목할 경우 반도체 광촉매의 생산비용도 기존의 10분의 1이하로 크게 떨어뜨릴 수 있을 것으로 기대되고 있다.

USC의 강동석 박사와 윤종승 교수가 이 연구의 주저자 및 교신저자로 참여하였으며 재생에너지 분야에서 세계 4대 연구소로 평가받고 있는 콜로라도의 국립재생에너지연구소(NREL)도 공동저자로 연구에 참여했다. 윤종승 교수는 서울대를 졸업하고 MIT 공대에서 재료공학 박사학위를 취득했으며, 일리노이 주립대 어바나 샴페인의 벡크만 연구소에서 박사후과정 펠로우를 거쳐 2011년부터 USC 화학 및 재료공학과 조교수로 재직하고 있다.

윤 교수는 그 동안 쌓아온 탁월한 연구업적을 기반으로 미국 국방부 고등기술 연구소(DARPA)에서 수여하는 젊은 교수상과 한화그룹의 비종신 교수상의 초대 수상자로 선정되기도 했다.

<하은선 기자>