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광전극의 내구성을 높일 수 있는 생체모방형 하이드로젤(Hydrogel) 보호 기술을 국내 연구진 에서 개발했다.
한국연구재단은 문주호 교수(연세대학교 신소재공학과, 제1저자 탄제완 박사), 이형석 교수(연세대학교 기계공학과, 제1저자 강병준) 연구팀이 광전극의 구조 손상을 방지하고 구동 시간을 증가시킬 수 있는 하이드로젤 기반 보호 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.
하이드로젤 코팅된 광전극 구조 (자료=연세대학교 문주호 교수, 이형석 교수)
광전극을 활용한 물 분해 기술은 그린 수소를 생산할 수 있는 친환경 미래 기술로 부상하고 있다. 광전극의 효율을 높이려는 많은 시도가 있었지만 광전극의 부식, 표면 촉매의 탈착 등으로 인한 내구성 저하 문제는 여전히 실용화에 걸림돌로 남아 있다.
이에 연구팀은 해양 식물 표피층의 ‘하이드로젤’ 보호막이 내부 세포 손상을 억제한다는 것에 주목해 물 속에서 작동하는 광전극의 표면을 이와 유사하게 설계했다.
즉, 하이드로젤의 기계적·구조적 특성 최적화를 통해 장시간 구동이 가능한 보호막 조건을 도출해 광전극 구동시간을 향상시켰다. 또한, 하이드로젤의 나노그물망이 광전극의 부식과 표면 촉매의 탈착을 동시에 억제함으로써 내구성을 높일 수 있음을 밝혔다.
연구팀은 광전극의 내구성 저하 메커니즘 규명과 구동시간 향상 방법을 원리적으로 제시함으로써 향후 반영구적 그린수소 생산 시스템 개발에 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대했다.
다만, 그린 수소 생산의 실용화를 위해서는 시스템의 반영구적 구동이 필수적이므로 광전극 및 하이드로젤의 특성 최적화에 대한 추가 연구가 필요하다고 했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구, 나노소재기술개발사업 등의 지원으로 수행했다.
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