연구모음.ZIP
더 푸른 내일을 향해#친환경_과학
상상력의 크기가 변화의 크기를 좌우하는 시대. 수많은 물음표를 덧입은 연구는 쌓여가지만, 그 의미를 한눈에 살펴볼 기회는 많지 않죠. 연구모음.ZIP에서는 한국연구재단의 사업으로 탄생한 연구성과 가운데 우리 일상과 맞닿아있는 장면을 포착하여 전해 드립니다.
#친환경_과학
기후변화와 환경오염은 이제 우리 일상에서 마주하는 현실이 되었습니다. 이에 환경에 미치는 부담을 줄이고 지속가능한 미래를 만들기 위한 다양한 연구가 이어지고 있는데요. 더 나은 해결책을 찾아가며, 지구의 내일을 조금 더 푸르게 만들어가는 연구성과를 소개합니다.
Research 1 물에 잠겨도 끄떡없는 태양전지
태양빛을 전기로 바꾸는 태양전지는 탄소 배출을 줄이고 친환경 에너지로 전환하기 위한 핵심 기술입니다. 그중 페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지에 버금가는 높은 효율과 낮은 제작비용으로 차세대 태양전지의 유력한 후보로 꼽히는데요. 하지만 수분과 산소에 매우 취약해 비나 습기에 노출되면 성능이 급격히 떨어지는 문제가 있었습니다. 이를 막기 위해 외부에 두꺼운 보호막을 씌우기도 했으나, 제조비용이 늘고 유연성은 떨어져 활용 범위를 넓히기 어려웠죠. 이러한 한계를 해결하기 위해 한국재료연구원 김소연·임동찬 책임연구원 연구팀은 낚시 그물 구조를 모사한 분자 네트워크를 페로브스카이트 계면에 적용했습니다. 금속 이온(Cu2+)과 단단한 유기분자(BCP), 유연한 고분자(PEIE)*를 촘촘하게 결합해 수분이 파고들 틈을 막은 것인데요. 이를 통해 수분의 침투를 막는 것은 물론, 태양전지의 성능을 떨어뜨리는 이온 이동까지 효과적으로 억제했습니다. * 단단한 유기분자(BCP, Bathocuproine)와 유연한 고분자(PEIE, Polyethylenimine ethoxylated): 물에 취약한 페로브스카이트 태양전지를 보호하기 위해 연구팀이 도입한 핵심 분자 소재들. BCP는 수분이 침투하지 못하도록 방어벽 역할을 해주고, PEIE는 단단한 BCP 사이를 부드럽게 연결해 접착제와 완충제 역할을 한다.
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낚시 그물 구조 계면층을 이용한 수분 저항성 페로브스카이트 태양전지 개념도
연구팀은 개발한 기술을 적용해 26% 이상의 높은 광변환 효율을 가진 페로브스카이트 태양전지를 구현했습니다. 이 태양전지는 물에 직접 담그는 침수 시험에서 우수한 내수성을 확인했으며, 유연 기판을 적용한 소자의 경우에는 1만 회 이상 반복해서 구부려도 높은 성능을 유지했다고 하는데요. 앞으로 비와 습기 등 다양한 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있는 차세대 태양전지 개발에 한 걸음 더 다가갈 것으로 기대됩니다.
연구성과 한 눈에 보기
- 논문명 Air-processed and water-stable perovskite solar cells enabled by a fishing-net-inspired interfacial network
- 등재 저널 Nano-Micro Letters(2026.7.17.)
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연구 저자
- 김소연 책임연구원(교신저자/한국재료연구원)
- 임동찬 책임연구원(교신저자/한국재료연구원)
- 무흐 파딜 알밥(Muh Fadhil Albab) 박사(제1저자/한국재료연구원)
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연구 요약
수분에 강한 고효율 페로브스카이트 태양전지 개발
- 낚시 그물 구조를 모사한 분자 네트워크를 적용해 수분 침투와 이온 이동을 효과적으로 억제했다.
- 침수 시험과 1만 회 이상의 반복 굽힘 시험을 통해 내수성과 유연·경량 태양전지의 응용 가능성을 확인했다.
Research 2
골칫덩이 이산화탄소
에탄올로 다시 태어나다
기후변화의 주범으로 꼽히는 이산화탄소. 우리는 흔히 이산화탄소를 ‘줄여야 할 것’으로만 생각합니다. 하지만 최근 이를 포집·활용해 새로운 자원으로 활용하려는 연구가 활발한데요. 대표적으로 이산화탄소를 전기화학 반응을 통해 에탄올과 같은 고부가가치 물질로 바꾸는 기술이 있죠. 다만 이 과정에서 에탄올만 선택적으로 만들어내는 것은 쉽지 않습니다. 기존 촉매로는 여러 부산물이 함께 만들어지기에 고순도 에탄올을 얻기 위한 별도의 대형 정제 설비와 추가 에너지가 필요하거든요. 성균관대학교 이효영 교수 연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 구리(Cu)와 아연(Zn) 금속 원자를 하나씩 짝지은 단일 원자 이합체 전기촉매를 개발했습니다. 전도성이 뛰어난 N-도핑 그래핀 기판 위에 두 금속 원자를 배치해 서로 협력하면서 반응을 촉진하도록 한 것입니다. 즉, 아연 원자는 이산화탄소를 일산화탄소(CO)로 전환하는 역할을 맡고, 인접한 구리 원자가 이 일산화탄소를 받아 탄소 결합 반응을 이끌어내며 에탄올을 생성하는 식이죠.
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단일 원자 이합체 촉매가 특징인 MEA 시스템의 개략도
Cu-Zn 직접 결합의 확대된 모습과 55시간 안정성 및 에탄올 선택성을 보여줌
연구팀은 개발한 촉매를 실험실 수준을 넘어 실제 산업 현장에서 사용하는 상업용 멤브레인 전극 조립체(MEA) 셀 시스템에 적용해 성능을 검증했습니다. 그 결과 별도의 정제 공정 없이도 69%의 높은 에탄올 선택성을 달성했으며, 55시간 동안 성능 저하 없이 안정적으로 반응을 유지했다고 합니다. 한편, 이번 연구는 온실가스인 이산화탄소를 고부가가치 자원으로 전환하며, 탄소중립을 위한 이산화탄소 자원화 기술의 실용화 가능성을 한층 높였다는 점에서 의미가 있습니다.
연구성과 한 눈에 보기
- 논문명 Atomic-Scale Cu-Zn Synergy Directs Asymmetric C-C Coupling for Ethanol-Selective CO2 Electroreduction
- 등재 저널 Applied Catalysis B: Environment and Energy(2026.7.1.)
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연구 저자
- 이효영 교수(교신저자/성균관대학교)
- 카이낫 탈랏(Kainat Talat)(제1저자/성균관대학교)
- 실암바라산 페루말(Silambarasan Perumal)(제1저자/성균관대학교)
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연구 요약
이산화탄소를 고부가가치 에탄올로 전환하는 촉매 개발
- 구리(Cu)와 아연(Zn) 원자를 짝지은 단일 원자 이합체 전기촉매로 에탄올 생성 반응을 촉진했다.
- 69%의 높은 에탄올 선택성을 달성하고, 안정적인 성능을 확인했다.
Research 3 미세먼지를 삼키는 초접착 에어필터
맑은 하늘을 뿌옇게 뒤덮는 불청객, 미세먼지. 눈에 잘 보이지 않을 만큼 작지만 우리 생활 곳곳에 스며들어 공기질을 떨어뜨리죠. 이를 걸러내기 위해 공기청정기부터 건물의 공조시스템까지 다양한 곳에서 에어필터를 사용하고 있는데요. 하지만 현재 사용되는 대부분의 에어필터는 바람이 세지거나 충격이 가해질 경우 먼지를 안정적으로 붙잡아두지 못하는 문제가 있습니다. 먼지를 효과적으로 걸러내고자 필터를 촘촘하게 만들면 공기가 통과하기 어려워져 에너지 소비가 늘어나고요. 이러한 상황 속, 중앙대학교 우상혁 교수 연구팀과 부산대학교 김채빈 교수 연구팀은 동적 결합 고분자의 특성을 활용해 새로운 에어필터 소재를 개발했습니다. 연구팀이 개발한 ‘동적 이민 결합 접착제(DIBA)’는 고체 형태를 유지하면서도 액체처럼 흐를 수 있는 소재인데요. 미세먼지가 닿으면 입자를 강력하게 붙잡고, 포집된 먼지는 모세관력에 의해 소재 내부로 스스로 흡수됩니다. 덕분에 필터 표면에는 새로운 먼지를 붙잡을 수 있는 깨끗한 접착면이 계속 유지되죠.
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초접착성 필터소개 및 필터 성능 검증
연구팀은 개발한 소재를 기존 에어필터에 얇게 코팅해 성능을 확인했습니다. 그 결과, 공기 투과성은 유지하면서 미세먼지 필터링 효율은 10~30% 향상됐으며, 필터의 사용 기간도 약 2배 늘어났습니다. 또한 20m/s의 강한 바람에서도 먼지를 안정적으로 제거해 무전원 정화 필터로 활용할 수 있음을 확인했죠. 앞으로 공기 정화에 필요한 전력 소비와 필터 교체로 발생하는 폐기물을 크게 줄이며, 보다 친환경적인 공기 정화의 새로운 길을 열 것으로 기대됩니다.
연구성과 한 눈에 보기
- 논문명 A Super-Adhesive Air Filter With Capillarity-Mediated Spontaneous Particle Absorption via Dynamic Bond Exchange
- 등재 저널 Advanced Materials(2026.4.22.)
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연구 저자
- 우상혁 교수(교신저자/중앙대학교)
- 김채빈 교수(교신저자/부산대학교)
- 박준용(제1저자/중앙대학교)
- 전혜리(공동 제1저자/중앙대학교)
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연구 요약
친환경 공기 정화 패러다임 여는 에어필터 개발
- 미세먼지를 강력하게 고정하고 자발적으로 흡수하는 새로운 방식의 초접착 에어필터 소재를 개발했다.
- 필터의 성능을 높이고 사용 기간을 늘려 지속가능한 공기 정화 기술의 가능성을 제시했다.
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