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일본 나고야대학(Nagoya University), 효고현립대학(University of Hyogo), 도호쿠대학(Tohoku University), 도쿄 이과대학(Tokyo University of Science)의 연구진은 태양 에너지를 사용해서 수소를 생성할 수 있는 새로운 나노장치를 개발했다. 태양 에너지는 현재의 에너지 위기, 과도한 화석 연료 소모로 인한 환경 위기, 지구 온난화 등을 해결할 수 있는 최고의 방법 중의 하나로 여겨지고 있다. 그러나 이런 청정하고 무한한 에너지원을 포집하고 저장하는 것이 어렵다. 이번 연구진은 태양 에너지를 사용해서 물 분해를 하고, 이로 인해 수소를 생성하는 방법을 제안했다. 수소는 청정하고 유연한 에너지원이다. 식물과 몇몇 유기체는 광합성을 통해서 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하여 저장하고, 유기체의 활동을 위한 연료로 사용한다. 이번 연구진은 수소를 생성하기 위해 광으로 구동되는 물 분해 나노소자로 금 나노입자 접합체를 개발했다. 이 접합체는 반-인공 광합성 시스템을 위한 플랫폼으로 사용될 수 있을 것이다. 식물과 조류의 광합성은 빛과 에너지를 사용해서 저장 가능한 화학 에너지를 생성하는 효율적인 수단이다. 이번 연구는 천연 광합성을 모방하지만 당이 아닌 수소와 알코올과 같은 연료를 직접 생성하는 인공 광합성을 개발했고, 이 기술은 현재의 에너지 문제를 해결할 수 있는 열쇠가 될 수 있을 것이다. 이번 연구에서는 금 나노입자(gold nanoparticle, GNP)에 남세균(cyanobacterial)의 광화학계 I(PSI)과 광화학계 II(PSII)를 조립해서 PSI-GNP-PSII 접합체를 생성했다. PSI-GNP-PSII 접합체는 PSI와 PSII 단백질에 유전적으로 변형된 히스티딘 태그(histidine tag)가 부착되어 있다. 이런 접합체는 PSII-GNP 접합체의 제조 방법을 변형시킴으로써 조립되었다. 극저온 현미경을 사용하는 단일 입자 형광 측정과 일반적인 광학 흡수 및 형광 측정을 통해서 PSI와 PSII 복합체 사이에 단일 GNP가 결합되어 있다는 것을 확인할 수 있었다. PSI 복합체는 백금 나노입자와 결합될 때 희생 전자 도너(donor)에서 전자를 방출함으로써 수소를 발생한다. 따라서 PSI-GNP-PSII 접합체는 태양 에너지를 사용하여 물에서 수소를 생산하기 위한 광 구동식 물 분해 나노소자를 추가적으로 개발하기 위한 유용한 플랫폼이 될 수 있을 것이다. |
