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S. Korean scientists develop efficient, cheap way to make hydrogen from water
SEOUL, April 23 (Yonhap) -- South Korean scientists on Tuesday said they have developed an efficient and affordable way to make hydrogen, opening new potential for the production of the clean energy resource.
The researchers led by Hyeon Taeghwan, director of the Center for Nanoparticle Research at the Institute for Basic Science, and Seoul National University (SNU) professor Nam Ki-tae said they have, for the first time ever, successfully created a single atom heterogeneous catalysis that mimics enzymes used by the human body to convert water into hydrogen using regular light.
The process using copper and titanium dioxide as catalyst material has been published in the latest issue of Nature Materials under the title "Reversible and cooperative photoactivation of single atom copper-titanium dioxide photocatalysts."
This photo provided by the Institute for Basic Science shows hydrogen being created from water in a lab using light from a solar simulator and a single-atom heterogeneous catalyst. (Yonhap)"The newly created platform technology utilizes copper atoms placed over nano titanium dioxide particles to create a catalyst that acts like an enzyme in creating hydrogen under normal atmospheric pressure and at room temperature," said Hyeon, who is also a distinguished professor at SNU.
Experiments showed a gram of the material used in the catalyst can create 30 milligrams of hydrogen per hour under good lighting.
Hydrogen is expensive to make despite accounting for the bulk of the mass in the known universe. If it can be made economically, the resource can solve many of the world's energy needs. The global market size for hydrogen was estimated at over US$115 billion in 2017.
Hyeon said that at present, most hydrogen is made through a methane reformation technique that is criticized for being energy-intensive, uses fossil fuel and releases greenhouse gases into the air.
The latest findings show the new method can harness more than 40 percent of the light used into a hydrogen transformation reaction, which is on par with the efficiency level of catalysts that use extremely expensive platinum.
The platinum-titanium dioxide method is regarded as the most efficient way to retrieve hydrogen from water using light.
The research team, which also includes Kim Hyungjun from the Korea Advanced Institute of Science and Technology, said the new copper-titanium dioxide catalyst can produce 33 times more hydrogen compared with just using titanium dioxide.
It said with more work, the technology can be further developed down the road for industrial level production although such a process could take time.
yonngong@yna.co.kr
(END)
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수소 생산 효율을 기존보다 30배 이상 높일 수 있는 새로운 광촉매가 개발됐습니다.
현택환 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단장 팀은 남기태 미래소재디스커버리연구단장(서울대 교수)·김형준 카이스트 교수팀과 함께 효소와 유사한 원리로 수소 생산 효율을 높일 수 있는 새로운 광촉매를 세계 최초로 개발했다고 밝혔습니다.
연구진은 광촉매인 이산화티타늄(TiO2) 나노입자 위에 구리 원자를 올려서, 효소처럼 작동하는 단원자 구리/이산화티타늄 촉매를 개발했습니다. 효율이 높은 균일촉매와 저렴하고 재활용이 가능한 불균일촉매의 장점만을 결합한 새로운 촉매입니다.
(* 불균일촉매는 반응물과 생성물이 기체나 액체 상태인 것과 달리 고체 상태로 형태가 다른 것을 말합니다. 촉매와 반응물, 생성물이 동일한 형태로 용매에 녹아있는 균일 촉매와 구분됩니다.)
연구진은 개발된 촉매가 구리와 이산화티타늄이 전자를 주고받는 상호작용을 진행하고, 구조를 변화시켜 효소와 유사하게 촉매반응에 참여한다는 사실을 밝혔습니다.
연구진은 개발한 촉매를 물과 메탄올을 섞은 용액에 넣어 수소를 발생시키는 방법으로 촉매 활성도를 측정했습니다.
상온과 상압에서 태양광을 모사한 빛을 쪼였더니, 구리/이산화티타늄 촉매는 빛 에너지의 40% 이상을 수소 전환에 사용했고, 기존 이산화티타늄 광촉매보다 시간당 33배 더 많은 수소를 생산해냈습니다. 기존에 성능이 가장 우수한 값비싼 백금/이산화티타늄 광촉매와 비슷하게 뛰어난 성능을 보였습니다.
현택환 단장은 "개발된 촉매를 물이 햇빛을 받아 수소를 생산하는 광촉매반응에 적용하면, 상온·상압에서도 안정적이고 높은 효율로 친환경 에너지인 수소를 값싸게 제조할 수 있게 되었다"고 밝혔습니다.
연구진은 새로운 촉매가 고체인 불균일 촉매인 만큼 다시 회수해 반영구적으로 사용할 수 있어 친환경적이라며, 이번 연구 결과가 수소 생산은 물론 촉매를 사용하는 화학 공정에서도 생산성을 향상할 수 있을 것으로 기대했습니다.
이번 연구 성과는 재료분야 최고 권위의 학술지 '네이처 머터리얼스(Nature Materials)' 온라인판에 23일 게재됐습니다.
[사진 출처 : 과학기술정보통신부 제공]
홍화경 기자 (vivid@kbs.co.kr)
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