![[사이언스임팩트(26)]초분자 형광 나노복합체 개발...지속가능 수소 생산 가능](https://idailynews.news.fitplay.kr/media/remote?u=aHR0cHM6Ly9jZG4uaWRhaWx5bmV3cy5jby5rci9uZXdzL3RodW1ibmFpbC8yMDI0MTEvMTAzODM4XzM1Mjg2XzQyOV92MTUwLmpwZw&s=a580b8e0521eaa198a31fc37ac748ad6)
국내 연구진이 인공 광합성을 활용해 초분자 형광 나노 복합체를 개발했다. 지속가능한 태양광 기반의 바이오 수소생산 길이 열리고 있다는 의미다.
대구경북과학기술원(DGIST·총장 이건우) 박치영 에너지공학과 교수팀은 차효정 경북대 수소및신재생에너지학과 교수팀과 공동으로 나노 소재를 활용한 초분자 형광 나노 복합체 제조 기술을 개발, 이를 바탕으로 태양광 유기 및 바이오 수소 생산 시스템을 구축하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.
연구팀은 탄닌산 기반 금속-폴리페놀 고분자의 우수한 나노 표면 흡착 특성을 활용함으로써 형광 염료의 자가 조립 및 광학적 성질을 제어하고, 광여기(photoexitation)와 전자 전달 메커니즘을 규명했다.
연구팀은 이를 바탕으로 수소화 효소를 가진 박테리아를 활용한 태양광 기반 바이오 수소 생산 시스템을 완벽하게 구현했다.
일반적으로 자연의 광합성에서 엽록소는 빛 에너지를 흡수하고 전자를 전달해 화학 에너지로 전환하는 역할을 한다. 과학계는 이를 모방한 인공 광합성 기술로 태양광을 활용해 수소와 같은 유용한 자원을 생산할 수 있다는 점에 주목한다.
연구팀은 기존 형광 염료인 로다민(Rhodamine)을 마치 자연계의 엽록소처럼 양친매성 구조로 변형함으로써 전자를 전달할 수 있는 초분자 광촉매를 고안했다.
로다민은 수용액에서 사용 가능한 대표적인 형광 염료이며, 생물학 및 생화학 연구에서 세포 내 특정 조직 및 기관을 관찰하는 형광 탐침으로 널리 활용되고 있다.
연구팀은 여기에 탄닌산을 활용한 금속-폴리페놀 나노 코팅 기술을 응용해 성능과 내구성을 높였다. 이 결과 태양광 가시광선 환경에서 촉매 1g이 시간당 무려 약 18.4 mmol(밀리몰)의 수소를 생산하는 성능을 내는 것으로 확인했다. 이는 기존 동일 형광체를 사용한 연구 대비 약 5.6배 향상된 놀라운 수치다.
연구팀은 또 새로 개발한 초분자 염료체와 전자를 전달할 수 있는 능력을 가진 박테리아를 결합함으로써 태양광으로 아스코르브산(비타민C)을 수소로 전환하는 바이오 복합시스템을 구축하는 성과를 올렸다.
이 시스템은 장시간 안정적으로 작동하며 연속적인 수소 생산이 가능함을 입증한 것이란 점에서 주목할만하다.
박치영 교수는 “이번 연구는 유기 염료와 인공 광합성의 구체적 메커니즘을 밝히는 매우 중요한 성과”라며, “향후 기능성 미생물과 신소재를 결합한 새로운 초분자화학 기반 시스템 관련 후속 연구를 수행하고자 한다”고 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단의 기초연구실사업, 중견연구자지원사업 및 산업통상자원부 알키미스트 과제의 지원으로 수행됐으며, 연구결과(제1저자: 부석형 박사과정생)는 최근 국제학술지 'Angewandte Chemie International Edition'에 게재됐다.
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