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스페인 코르도바 대학(Universidad de COrdoba)과 러시아 민족우호대학(RUDN University)의 연구진은 가시광선과 자외선 하에서 수소를 얻을 수 있는 루테늄 나노입자 촉매를 최초로 개발했다. 이러한 촉매는 태양광선 하에서 수소 연료를 대량으로 생산하는데 사용될 수 있을 것이다. 광화학적 반응은 연료를 제조할 수 있는 가장 친환경적인 방법 중의 하나이다. 이 반응은 원료를 가열하거나 고압을 유지할 필요가 없어서 많은 에너지를 소모하지 않는다. 단지, 빛과 광촉매만 있으면 반응이 진행된다. 백금, 금, 팔라듐을 기본으로 하는 광촉매는 알코올과 같은 바이오매스 유도체로부터 수소를 추출할 수 있는 광화학 반응에 매우 효율적이다. 그러나 이러한 금속은 고가이기 때문에 더 저렴한 광촉매가 필요하다. 이번 연구진은 루테늄 입자가 풍부한 이산화티타늄의 광촉매 활성을 조사했다. 즉, 메탄올-물 혼합물로부터 수소를 추출하기 위해서 이산화티타늄 기반의 루테늄 나노촉매의 영향을 조사했다. 이번 연구에서는 1%, 2%, 3%, 5%의 루테늄 함유량을 가진 4 가지 촉매가 조사되었다. 자외선 조사 하에서 루테늄 함유 광촉매의 활성은 백금/팔라듐과 유사했다. 백금 또는 팔라듐계 화합물의 양자 효율은 1.9% ~ 5.1%이고, 루테늄 함유 광촉매도 이와 유사한 범위를 가졌다. 루테늄 함유량이 3%인 시스템에서 가장 우수한 결과를 보였다. 가시광선 하에서 루테늄 촉매의 활성은 매우 낮았는데, 이것은 태양광선 하에서 1.1%까지 증가할 것으로 예상되기 때문에 적용하는데 큰 문제가 없을 것으로 예상된다. 이산화티타늄과 루테늄을 기반으로 하는 이번 촉매는 자외선과 가시광선 하에서 수소를 충분히 생성할 수 있었다. 루테늄과 티타늄의 상호 반응이 촉매 활성을 증가시키는데 중요한 역할을 했다. 향후에는 햇빛 아래에서 수소를 생성할 수 있도록 추가적인 연구가 필요할 것이다. 이 연구결과는 저널 Applied Catalysis B: Environmental에 “Enhancing photocatalytic performance of TiO2 in H2 evolution via Ru co-catalyst deposition” 라는 제목으로 게재되었다(https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2018.07.046). |
