일본 신에너지‧산업기술종합개발기구인 NEDO와 광합성화학 프로세스 기술연구조합은 태양광의 가시광선에서 물을 산소와 수소로 분해하는 광촉매를 개발했다.

광촉매에 활용되는 물질은 ‘질화탄탈’로 신촉매는 태양광에서 가장 강한 가시광선의 파장을 이용할 수 있기 때문에 보다 많은 에너지를 흡수해 활용할 수 있는 것이 특징이다. 질화탄탈 광촉매를 제조한 물 분해까지 확인한 것은 세계에서 최초로 알려져 있다.

이번 질화탄탈 광촉매는 NEDO와 광합성 화학 프로세스 기술 연구조합, 東京대학, 信州대학의 4개 기관이 공동 개발했다.

질화탄탈을 합성하는 기존 방법의 원료는 산화탄탈로 질소와 화합시키기 위해 장시간에 걸쳐 열을 가해야 했으며 양질의 결정을 생성하기 어려웠기 때문에 물분해가 불가능했다. 이 과제를 해결하기 위해 짧은 시간에 질소화가 가능한 탄탈산칼륨을 원료로 사용해 양질의 결정을 생성할 수 있는 방법을 찾아 낸 것이다.

물분해에 활용하는 기존의 광촉매는 흡수할 수 있는 파장이 자외선 빛으로 제한돼 있다. 질화탄탈 광촉매는 가시광선을 흡수할 수 있기 때문에 보다 많은 태양광 에너지를 사용해 물을 분해할 수 있다.

NEDO는 태양광 발전에서 물에서 생성한 수소와 공장 등에서 배출되는 이산화탄소를 합성해 플라스틱 원료 등을 제조하는 인공광합성의 연구개발을 추진하고 있는데 이번 연구는 그 일환으로 추진된 것이다.

인공광합성에는 수소와 산소의 혼합기체로부터 수소만을 추출하는 분리막 및 수소와 이산화탄소에서 플라스틱 원료를 합성하는 촉매도 필요한데, NEDO는 향후 이들 기술도 개발하겠다는 야심을 보이고 있다.

이번 성과는 지난 9월 3일자 영국과학지 온라인 속보판에 게재됐다.