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그린 전기와 수소 연료를 생산하기 위한
새로운 염료의 이용
버팔로대(University at Buffalo)의 화학자들이 새로운 종류의 광감지 염료(photosensitizing dye)를 개발했는데 이는 두 가지 종류의 그린 에너지를 생산하는 광유도 시스템의 효율을 크게 증가시켜주었다: 태양열을 이용한 전력 생산과 청정한 그린 연료.
상업적인 생산을 고려해볼 때, 이러한 기술의 정립은 집안에 응용되는 가전제품에서 수소 차량에 이르기까지 거의 모든 것들에 전력을 공급하는 비용 효과적인 기술의 기초를 마련할 수 있을 것이다. 전기를 만들어내기 위해 할코제노다민 염료(halcogenorhodamine dye)라고 불리는 염료들이 빛을 전류로 바꾸어주는 그라첼(Gratzel) 타입의 태양전지*의 일부분으로 작동한다. 수소를 생산하는 메커니즘은 동일한 방식으로 시작된다; 태양빛이 염료를 때리면 자유전자가 발생하게 된다. 그러나 전류를 형성하는 대신, 전자들이 촉매로 들어가게 되고 이들이 화학반응을 일으켜 물을 수소와 산소로 분해하게 된다.
실험실 상에서의 실험을 거쳐 버팔로대와 로체스터대(University of Rochester)의 연구자들은 이러한 할코제노다민(halcogenorhodamine) 시스템이 매우 빠른 속도로 수소들을 만들어낸다는 사실을 발견했는데, 그 이유는 이들 염료들이 빛을 보다 강하게 흡수하고 일반적인 염료에 비해 전자들을 보다 효과적으로 전달할 수 있기 때문이다. 버팔로대의 교수인 Michael Detty와 로체스터대 교수인 Richard Eisenberg가 이끄는 연구팀은 2010년 10월 미화학회지(Journal of the American Chemical Society)에 그들의 연구 결과를 발표한 바 있다. 버팔로 대학의 교수가 되기 전 17년 동안 사립연구소에 있었던 Detty는 그의 연구가 태양 전력과 수소를 수요에 맞게 생산할 수 있는 보다 나은 상업기술의 개발을 이끌 수 있을 것이라고 희망했다.
“한 시간 동안의 태양빛을 이용해 일년 동안 전세계에 공급되는 전력에 보탬이 될 수 있었지만, 이를 전력이나 태양전지를 만드는 데에 다시 이용하지 않았다. 식물들은 태양빛을 이용해 연료를 만들어내지만 인간들은 그렇게 하지 않는다. 우리는 석유를 이용한다. 그래서 만약, 우리가 에너지 독립성을 갖기를 원한다면 그것은 태양으로부터 와야 할 것이다.”라고 그는 말했다.
버팔로 대학은 이 염료의 구성을 보호하기 위한 특허를 위해 미 특허 및 상표사무소(U.S. Patent and Trademark Office)의 승인을 받은 상태이다. 각각의 개별적인 특허 응용 기술들이 수소의 생산을 위해 이용되는 염료를 보호할 수 있을 것이다. 공동 연구진은 촉매로 코발트를 이용하는 동형의 수소-생산 시스템에서 할코제노다민(halcogenorhodamine)이 효과적으로 작용한다는 사실을 발견할 수 있었고 촉매로 티타늄산화물에 집적된 백금을 이용하는 이질 시스템(heterogeneous systems)에서도 잘 이용될 수 있다는 사실을 발견할 수 있었다.
그라첼(Gratzel) 타입의 태양전지: 염료감응 태양전지를 의미한다. 염료감응 태양전지는 1991년 스위스 로잔공대(EPFL) 화학과의 미카엘 그라첼(Michael Gratzel) 교수가 처음 개발에 성공, 미국 네이처지에 소개되면서 알려졌다. 염료감응 태양전지가 햇빛을 전기로 바꿔주는 원리는 염료감응 태양전지를 투명전극필름을 부착한 두 유리 기판 사이에 특정 염료를 흡착한 나노입자와 전해질을 채운 간단한 구조로 만든뒤 이를 이용하는 것이다.
※출처: 녹색기술정보포털(www.gtnet.go.kr)
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