KOR
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전북대학교 연구진이 환경오염과 에너지 위기 해결을 위한 고성능 광촉매 소재를 개발해 학계의 주목을 받고 있다.
전북대 양자시스템공학과 레카 파라마닉 박사와 유승화 교수, 전자·정보공학부 라그나마이 모하파트라 연구교수 연구팀은 기존 광촉매의 성능 한계를 뛰어넘는 다중 이종접합 구조의 새로운 광촉매를 설계해, 보다 정교하고 신속한 전하 이동이 가능하도록 구현했다고 5일 밝혔다.
연구팀은 맥신, 금속 유기 골격체, 흑연질 탄소 질화물로 구성된 삼원 복합체 ‘MXene/ZIF-67(Co)/g-C3N4’광촉매를 상온에서 간단한 *공침법으로 합성하는 데 성공했다.
*공침법(共沈法, co-precipitation method)은 용액 속에서 두 가지 이상의 화학종(주로 금속 이온)을 동시에 침전시켜 고체 형태의 화합물이나 나노물질을 합성하는 방법
해당 광촉매는 ZIF-67과 g-C3N4 사이의 S-scheme 접합, ZIF-67과 MXene 사이의 Ohmic 접촉으로 구성된 이중 계면 구조를 가지고 있다. 이러한 독특한 구조는 내부에 두 개의 전기장을 형성해 광생성 전자의 역류를 방지하고, 전자의 이동을 거의 제로에 가까운 저항으로 유도함으로써 전하 전달 효율을 획기적으로 향상시켰다.
실험 결과, 연구팀은 이 광촉매를 활용해 산업 폐수 내 항생제(테트라사이클린 염산염, TCH)와 중금속(크롬)을 효과적으로 제거하고, 또한 물 분해를 통한 수소 생산에서도 우수한 성능을 확인했다.
유승화 교수는 “이번 성과는 청정에너지 생산과 환경오염 해결을 위한 지속가능하고 친환경적인 해결책이 될 수 있다”고 기대감을 나타냈다.
한편, 이 연구 결과는 SCI급 국제학술지 『Chemical Engineering Journal』(IF: 13.4, JCR: 상위 3.1%) 최신호(2025년 제516권)에 ‘Engineering Dual-Interface Ternary Heterojunctions: A Synergy of S-Scheme and Ohmic Contact for Enhanced Charge Transfer to Improve Photocatalytic Efficiency’라는 제목으로 게재됐다(DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.163860).
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