친환경 양자점을 입힌 광전극으로 태양빛을 받아 물에서 수소를 생산하는 과정(왼쪽)과 황·셀레늄 비율에 따른 광전류 밀도 비교(오른쪽). 황과 셀레늄이 1대 1로 혼합된 양자점(초록색 선)이 가장 높은 광전류 밀도를 기록했다. DGIST 제공


친환경 수소를 만들기 위해 정작 독성 중금속을 써야 하는 모순을 해결할 길이 열렸다. 인체에 무해한 소재만으로도 독성 중금속 기반 소재에 버금가는 수소 생산 효율을 달성했다.
대구경북과학기술원(DGIST)은 양지웅·인수일 에너지공학과 교수 연구팀이 김재엽 건국대 화학공학부 교수 연구팀과 공동 메이저릴게임사이트 으로 중금속을 포함하지 않은 친환경 양자점의 내부 결함을 정밀하게 제어하는 기술을 개발해 세계 최고 수준의 태양광 수소 생산 효율을 달성했다고 27일 밝혔다. 연구 결과는 에너지·환경 분야 국제학술지 '이사이언스'에 지난해 12월 22일 게재됐다.
양자점은 수 나노미터 크기의 반도체 결정으로 빛을 잘 흡수해 디스플레이와 태양광 수소 생산 릴게임몰 등에 쓰이는 차세대 소재다. 태양빛으로 물을 분해해 수소를 얻는 광전기화학 기술에서 잠재력이 높지만 기존 고효율 양자점 대부분이 납이나 카드뮴 같은 독성 중금속을 포함해 상용화에 어려움이 있다. 중금속을 뺀 친환경 양자점 연구가 활발히 진행돼 왔지만 효율이 크게 떨어지는 문제가 풀리지 않았다.
원인은 양자점 결정 내부의 음이온 결함이다. 오션릴게임 친환경 양자점은 여러 원소가 복합적으로 결합한 구조여서 결정 안에 빈자리가 생기기 쉽고 빈자리가 많을수록 빛에 의해 생긴 전하가 제대로 이동하지 못해 효율이 떨어진다.
연구팀은 양자점을 만들 때 황과 셀레늄 원료의 비율을 정밀하게 조절하는 방법으로 결함을 제어하는 공정을 개발했다. 실험 결과 황과 셀레늄이 1대 1 비율로 혼합될 때 결정 바다이야기디시 구조의 뒤틀림이 가장 적고 음이온 결함도 최소화되는 것으로 나타났다.
결함이 줄어든 양자점은 전하를 나르는 입자의 농도가 높아지고 수명도 길어졌다. 이를 광전극에 적용한 결과 친환경 양자점 소재 가운데 역대 최고 수준인 15.1밀리암페어 퍼 제곱센티미터(mA/cm², 단위 면적당 흐르는 광전류의 세기)의 광전류 밀도를 기록했다. 중금속을 릴박스 쓰지 않고도 기존 독성 소재에 버금가는 성능을 냈다. 
연구팀은 양자점 표면에 황화아연과 이산화규소로 이중 보호막을 입혀 8시간 이상 연속 가동해도 성능이 유지되는 내구성까지 확보했다.
현장에서 상용화를 위해서는 대면적 생산 기술과 더 긴 장기 내구성 확보가 과제로 남아 있다.
양지웅 교수는 "유해 중금속 없이도 고효율 수소 생산이 가능하다는 점을 입증한 만큼 지속 가능한 친환경 수소 에너지 상용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.
<참고>  doi.org/10.1016/j.esci.2025.100518
[임정우 기자 jjwl@donga.com]