수소 생성을 위한 광촉매의 개발은 태양 에너지를 변환하고 저장하는 이상적인 방법이다. 제한된 광 흡수, 고비용, 무기 촉매인 금속 오염 물질로 인해 과학자들은 유기 물질을 찾기 시작했다.

연구팀은 수소 생성을 위한 광촉매로서 저비용 및 친환경적 유기 고분자 나노 소재를 제시하고, 광촉매 반응점의 작동 메커니즘을 제안하였다.

기존의 유기 광촉매는 소수성 (불수용성)으로 양성자가 물질의 기공 안으로 침투하여 반응성 부위와 상호 작용하기 어렵다. 이에 따라, 유기 광촉매의 성능은 기존의 금속 기반 무기 광촉매보다 좋지 않아 유기 고분자 광촉매의 우수한 분배성을 위해 많은 양의 유기 용제를 반응기에 첨가해야 한다.

유기 고분자 광촉매를 작은 나노 스케일 입자(Pdots)로 제조하기 위해 나노 스케일 침전법을 사용하면 유기 광촉매를 수용액에 잘 분산시킬 수 있다. 연구팀은 친수성 공중합체의 도움을 받아 Pdot 광촉매 내부에 수소 광합성 시스템을 모방하는 수소 이온 채널을 제공하여 수소 생성 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 연구팀은 고분자의 구조를 조정하고 다른 광촉매 메커니즘을 평가함으로써, 전자 수용체 단위에 위치한 반응성 부위를 대략적으로 발견할 수 있었고, 헤테로 원자가 광촉매에 중요한 역할을 해야 한다고 결론 지었다. 실험적으로 N 또는 S 중 어느 하나의 헤테로 원자가 전자 수용체 단위의 반응 부위인지에 대한 정확한 정보를 얻는 것은 어렵다. 제 1 원리 이론에 기초한 전산 연구의 도움으로 Pd 원자 광촉매 (N 원자)에서 실제 반응점을 목표로 삼았으며 독특한 Pdots 구조가 양성자 감소 반응에 유리하다는 것을 발견하였다. Pdot 광촉매에서 두 개의 폴리머 사이에 형성된 수소 결합으로 양성자 환원 반응의 에너지 장벽이 현저하게 낮아지고, Pdots는 실제 이상적인 광촉매 유형이다.

이러한 연구를 바탕으로 연구팀은 빛에 의한 수소 생성을 위해 고분자 구조를 합리적으로 조정함으로써 더 효율적이고 안정된 Pdots 촉매를 개발하고 있다.