폴리머 코팅이 MXene을 보호하고 이산화탄소→메탄 전환 생산량을 높여

Phys.org에 따르면, DGIST(대구경북과학기술원) 에너지공학과의 인수일 교수가 이끈 연구팀은 MXene의 안정성을 향상시키는 광촉매 기술을 개발했다. MXene은 전기전도성이 뛰어난 2차원 나노소재다. 연구팀은 한국교통대학교의 인인식 교수, 한양대학교의 이태경 교수, 태국 출랄롱콘 대학교의 수라텝 키아우홈 교수가 이끈 연구진과 협력했다.

Phys.org에 따르면, MXene은 물과 산소에 노출되면 쉽게 산화되어 성능이 저하된다. 연구팀은 MXene 표면에 유기 폴리머를 결합해 보호층을 형성하는 표면 개질 기술을 적용했다. Phys.org는 코팅된 소재가 물이 존재하는 환경에서도 안정적인 성능을 유지했다고 보도했다.

연구팀은 표면 개질된 MXene(f-MXene)에 빛에 노출되면 화학 반응을 일으키는 환원 TiO₂(RT)와 구리(Cu) 나노입자를 결합했다. 광촉매는 빛을 이용해 화학 반응을 일으키는 물질이다. Phys.org에 따르면, MXene은 전자 전달, 즉 전자의 이동을 촉진하고, 구리는 이산화탄소를 메탄으로 전환하는 반응을 촉진한다.

Phys.org에 따르면, 실험 결과 Cu/f-MXene/RT 광촉매는 메탄 18.1 μmol/g(그램당 마이크로몰)을 생성했으며, 이는 RT 단독 성능의 약 200배였다. Phys.org는 실험과 이론 계산을 통해 표면 개질된 MXene과 구리 나노입자가 전자 전달을 촉진하고 메탄 생성을 촉진하는 방식을 확인했다고 보도했다.

인수일 교수는 물과 빛에 취약하다고 그가 설명한 MXene의 표면을 제어해 광촉매의 안정성과 이산화탄소 전환 성능을 동시에 향상시켰다고 말했다. 그는 연구팀이 이 기술이 햇빛을 이용해 이산화탄소를 메탄과 같은 유용한 연료로 전환하는 탄소 자원 전환에 사용될 것으로 기대한다고 말했다.

김동윤 등이 작성한 이 논문은 'Surface-Functionalized MXene for Enhanced Photocatalytic CO₂ Reduction'라는 제목으로 Advanced Energy Materials에 DOI 10.1002/aenm.71560으로 게재됐다. Phys.org는 이 기사가 대구경북과학기술원(DGIST)에서 제공됐다고 밝혔다.