건국대 배성준 교수팀, 수소 생산·폐수 처리 ‘두 마리 토끼’ 잡은 나노복합체 개발

안영만 기자 / 건국대학교 배성준 교수(사회환경공학부, 교신저자) 연구팀이 태양광 기반 수소 생산과 염료 폐수 정화에 효과적인 ‘P-Co₃S₄@CdS 나노복합체’를 개발했다. 이번 연구는 공학 분야에서 영향력 있는 국제 학술지이자, JCR 랭킹 1위를 기록하고 있는 ‘Composites Part B-Engineering’(IF=12.7)에 지난 1월 31일 게재됐다.

▲순수 및 복합 광촉매의 FESEM

카드뮴 황화물(CdS)은 2.4 eV의 낮은 밴드갭과 우수한 가시광선 흡수 능력으로 유망한 광촉매로 평가받는다. 그러나 높은 전하 재결합률과 낮은 광효율로 수소 생산성과 안정성에 한계를 보였다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 금속 유기 골격체(MOF)인 ZIF-67을 전구체로 사용해 P-Co₃S₄@CdS 헤테로 접합 광촉매를 합성했다. 특히 인(P)이 도핑된 Co₃S₄를 CdS 표면에 결합함으로써 전자 이동성과 촉매 활성도를 크게 향상시켰다.

실험 결과, 개발된 P-Co₃S₄@CdS 복합체는 시간당 373.56μL의 수소를 생산했으며 이는 순수 CdS 촉매보다 27배, P-Co₃S₄ 단독 촉매보다 221배 높은 효율을 보였다.

이 복합체는 태양광을 활용한 수소 생산뿐만 아니라 12종의 염료 오염 물질을 동시에 분해하는 능력도 입증했다. 이는 친환경적인 산업 폐수 처리 기술로 활용될 가능성을 보여주며, 재생에너지와 환경 기술의 발전에 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구는 건국대 사회환경공학부 Police Anil Kumar Reddy 연구교수가 제1저자로 참여했고, 이채은 석사과정생이 공동 저자로 참여했다. 본 연구는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.