이번 <연구실 탐방>은 20배 저렴하고 더 오래 지속되는 수소 생산 촉매를 개발해 세계적인 권위지에 실린 이효영 교수 연구실을 인터뷰했다.

Q. CRI에 대한 소개 부탁드립니다. 

CRI는 이효영 교수를 중심으로 6명의 포닥과 29명의 대학원생으로 구성된 연구실입니다. 유기합성/무기합성/촉매/바이오 등에 대한 다양한 연구를 하고 있으며, 주 연구분야는 이산화 티타늄을 광촉매로 활용한 친환경 에너지 생산과 유해물질 분해입니다. 태양광만으로 물을 분해하여 수소와 산소를 생산하는 기술, 대기 중의 이산화탄소를 메탄올/메탄 등의 에너지원으로 변환하는 기술, 휘발성 유기화합물의 분해 등을 예시로 들 수 있겠습니다. 이는 기후변화, 차세대 연료, 미세먼지 등 전 세계적으로 주목하고 있는 주제와 맞닿아 있으며 실생활에도 매우 밀접한 관련이 있습니다.

Q. 대표적인 연구 활동이 있으신가요?

CRI 연구팀은 지난해 9월 아나타제-루타일 이산화 티타늄 촉매에서 아나타제 결정을 환원해 가시광선을 이용할 수 있는 촉매 ‘비결정아나타제-결정루타일 이산화 티타늄’을 만드는 데 성공했습니다. 이번 연구에서는 이 촉매를 개선해 메탄 없이 일산화탄소만 생산하는 촉매를 개발하는 데 성공했습니다.

연구팀은 생산 효율을 높이기 위해 촉매가 빛을 흡수하면서 만드는 전하의 수와 이동성을 향상시키는 실험을 진행했습니다.  블루 이산화 티타늄에 다른 물질을 도핑해 불균일하게 만들면 전하가 많아지면서 광효율도 높아질 것으로 예상했습니다. 연구팀은 은과 텅스텐산화물을 도핑하는 방법으로 ‘하이브리드 촉매’를 만들었습니다.

하이브리드 촉매는 흡수한 빛 중 약 34.8%를 이산화탄소를 분해하는 데 활용합니다. 기존 촉매보다 광효율이 3배나 더 높은 셈입니다. 또 이산화탄소를 산소로 바꾸는 과정에서 메탄 없이 일산화탄소만 발생시켰습니다. 일산화탄소의 양은 기존 이산화 티타늄 촉매보다 200배, 학계에 보고된 가장 우수한 촉매보다 15배 많이 발생했습니다. 또 기존 이산화 티타늄 공정이 고온, 고압의 기체를 다뤄 위험한데, 이 촉매는 상온, 상압에서 액체상으로 합성해 안전합니다.

이효영 교수는 “이번에 개발한 촉매를 이용해 공기 중 미세먼지와 병원 내 병원균 등을 제거하는 데에도 탁월하다는 것을 확인했다”라며 “향후 전 세계 다양한 연구 분야에서 활용될 전망”이라고 기대했습니다. 이 연구 결과는 국제학술지 ‘머터리얼스 투데이’ 온라인판 3일 자에 실렸습니다.

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Q. 하나의 연구를 진행하는 과정은 어떻게 되나요?

CRI는 주로 미팅을 통해서 연구의 큰 줄기를 세우고 구체적인 주제로 다듬습니다.

CRI는 멤버 모두가 참여하는 전체 랩 미팅, 5~6인씩 6개의 팀으로 나누어진 그룹 미팅이 있습니다. 매주 진행하는 랩 미팅에서 학생들은 자신이 책임지고 있는 연구주제를 공유하고, 실험하며 이루어낸 성과 또는 마주하게 된 문제점을 발표합니다. 모든 학생들은 자유롭게 질문하고 발표자는 답변하면서 생각하지 못했던 문제점을 발견하기도 하고 마주한 문제점에 대한 해답을 얻기도 합니다. 그룹 미팅은 광/전기 촉매, 바이오, 2D 물질 합성, 유기합성 등 6개의 팀으로 나뉘어 관련 문헌들을 공부하며 최신 연구동향을 파악하고 지식을 확장합니다. 이효영 교수는 모든 미팅에 참여하고, 랩 미팅과 그룹 미팅 동안 미처 이끌어내지 못 한 부분을 개인미팅을 통해 보완합니다. 쉽지 않지만 꾸준히 미팅에 집중하고 교수님, 학생들과 적극적으로 의견을 나누다 보면 어느새 훌륭하게 다듬어진 개개인의 연구와 발전한 자신을 발견하게 됩니다.

Q. CRI자랑 부탁드립니다.

CRI의 가장 큰 자랑은 본인이 하고 싶은 연구에 대한 교수님의 전폭적인 지지와 정말 다양한 장비를 배우고 직접 사용할 수 있다는 점입니다. CRI에서 주로 진행하는 메인 프로젝트들이 있지만 개인 미팅 또는 랩 미팅을 통해 자유롭게 새로운 프로젝트를 언제든지 제안할 수 있고, 동기와 근거가 충분하다면 시약과 장비의 구매, 측정 등에 있어서 제한이 없는 전폭적인 지원을 받습니다.

또한 CRI는 교내 타 연구실과 많은 장비들을 공유하기에 다양한 장비들을 배우고 직접 다룰 수 있습니다. 타 연구실과의 교류를 통해 좋은 공동연구가 진행되기도 합니다.

Q. CRI에 들어가려면 어떻게 해야 하나요? 어떤 자격이 필요한가요? 

CRI는 특별한 자격을 요구하지 않습니다. 특정 분야에서 무언가를 이루어내겠다는 포부와 끝까지 버텨낼 수 있는 우직함 그리고 실험실 내 연구원들과 즐겁게 지낼 수 있는 올바른 인성이 있다면 누구에게나 열려있습니다. CRI는 촉매/유기합성/무기합성/바이오 등의 다양한 분야의 연구를 진행할 수 있는 장비와 인력이 충분하기에 본인의 관심이 있다면 학부생들도 얼마든지 참여할 수 있습니다.

Q. 연구원들에게 해주고 싶은 말씀이 있으신가요?

종종 학생들이 좋은 학부성적이나 일찍부터 쌓아온 성취들이 실험실 생활과 직결된다고 생각하여, 실험실에 들어오기 전 문턱에서 주저하는 것 같습니다. 반면 제 주변을 둘러보았을 때, 실험실에서 많은 논문을 쓰거나 뛰어난 성취를 이루고 졸업한 연구원들은 과거의 것들에 묶여있지 않고 오늘과 내일을 살아가는 사람들이었습니다. 모르는 것이 많다면 지금부터 열심히 공부하고 실험해서 채워가면 됩니다. 이루고자 하는 것 앞에서 망설이지 않았으면 좋겠습니다. CRI는 앞으로 잘할 의지가 있는 사람들을 원합니다.