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한양대학교 화학공학과 장윤정 교수 연구팀은 고려대학교 김혜정 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 하이드로겔 기반 삼상계면(three-phase boundary)을 정밀 제어하는 광촉매 시스템을 개발해 친환경 암모니아 생산 효율을 향상시키는 연구 성과를 발표했다. 

해당 연구 결과는 분리공정 분야의 국제 학술지인 Separation and Purification Technology에 2026년 1월 게재됐다.

암모니아(NH3)는 비료 산업뿐 아니라 차세대 수소 저장 매체로 주목받고 있으나, 기존 합성 방식은 높은 온도와 압력이 필요해 에너지 소모가 크다는 한계가 있다. 

이에 연구팀은 이를 해결하기 위해 TiO2/Graphdiyne 광촉매와 온도 반응형 하이드로겔(PNIPAm)을 결합한 시스템을 설계해, 기체(N2)–액체(H2O)–고체(촉매)가 만나는 반응 환경을 동적으로 제어하는 자가 조절형 삼상계면 구조를 설계했다. 

특히 광조사 과정에서 발생하는 광열 효과를 활용해 하이드로겔의 친,소수성 전환을 유도함으로써 질소 전달을 촉진하고 물 접촉을 억제하여, 기존 TiO2 촉매 대비 향상된 암모니아 생산 성능을 확보했다. 

이번 연구는 자극 반응형 하이드로겔을 활용해 광촉매 반응의 계면 미세 환경을 능동적으로 제어할 수 있음을 제시한 성과로, 향후 태양광 기반 질소 환원 반응 등 다양한 에너지 전환 촉매 시스템 설계에 활용될 것으로 기대된다.

해당 논문 “Dynamic control of the three-phase boundary in hydrogel assisted TiO₂-Graphdiyne photocatalysts for ammonia production”에는 한양대학교 이혜란, 조예슬 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, 장윤정 교수가 교신저자로 참여했다.