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제114회 대한화학회 학술발표회, 총회 및 기기전시회 Nanostructured Elelctrode for Solar to Fuel Production

등록일
2014년 8월 28일 15시 09분 35초
접수번호
1050
발표코드
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발표시간
목 11시 : 20분
발표형식
심포지엄
발표분야
환경에너지 - Development of New Materials for Enhancing Energy Conversion and Storage
저자 및
공동저자
황윤정
한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지 연구센터, Korea
태양광 에너지는 그 양이 방대하여 전인류가 사용가능한 앞으로의 신재생에너지원으로 각광받고 있고, 전기에너지로 전환하는 태양전지의 개발이 많이 이루어졌다. 그러나 저장의 문제를 고려하면, 태양광에너지를 직접 화학적 에너지로 변환하여 연료를 생산하는 기술이 매우 유망하다. 아직까지는 촉매와 시스템 개발 연구가 원천 기술 개발 단계로 태양광 연료 전환 효율이 낮다. 대표적인 태양광 연료 전환 반응으로는 물을 분해하여 수소를 생산하는 반응과 이산화탄소를 환원하여 탄소 기반 연료를 생산하는 반응등이 있다. 낮은 태양광 연료 전환 효율을 높이기 위해서는 첫단계로 반도체 물질이 효율적으로 태양광을 잘 흡수 할 수 있어야 하며, 빛의 흡수로 인해 생성된 전하가 분리되어 광전자와 정공이 전극 표면에서 효과적인 촉매반응에 사용될 수 있어야 한다. 태양광의 흡수와 생성된 전하의 분리는 광전극 물질의 개발이 필요하며 특히 가시광 영역의 빛을 잘 활용할 수 있도록 적합한 밴드갭을 가지는 물질의 개발이 중요하다. 또한 일차원 나노구조체가 되면 빛의 흡수와 전화분리에 유리하다는 연구 결과들이 보고 되고 있다. 전극의 표면이 나노구조를 가지면 화학적 산화, 환원 반응이 일어나는 활성자리도 증가할 것으로 기대되므로, 촉매적 특성도 증가될 것으로 기대가 된다. 여기서는 전극 표면의 나노 구조화를 통해서 광전기화학적, 혹은 전기화학적 산화, 환원 촉매 반응의 활성이 증가될 수 있음을 보이고자 한다. 특히, 물분해 광산화 전극의 개발에 있어서, 두가지 서로 다른 반도체 물질을 연결한 (예, WO3/BiVO4, Si/TiO2, Si/InGaN) 이종접합 전극은 각 물질의 나노 형상 제어를 통해 광산화 촉매 활성이 크게 향상될 수 있음을 확인할 수 있었다. 뿐만아니라, 이산화탄소 환원 촉매 전극의 개발에 있어서도 표면의 나노 구조화가 과전압을 줄이고, 선택적 환원 반응에 어떻게 영향을 끼칠 수 있는지에 대해서 논의하고자 한다.

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