| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2020년 가을 (11/18 ~ 11/20, 휘닉스 제주 섭지코지) |
| 권호 | 26권 1호 |
| 발표분야 | C. 에너지 재료 분과 |
| 제목 | 효율적인 물분해를 위한 CNT-구리 산화물 복합체 제작 |
| 초록 | 최근 기후 변화와 환경 문제에 대한 관심의 증대로 인해, 화석 연료를 친환경적인 연료로 대체하려는 노력이 계속되고 있다. 바이오연료, 재생에너지, 지열 시스템과 같은 다른 친환 친환경 에너지와 비교해, 수소 연료는 저장이 가능하면서 에너지 밀도가 높으며 연소 시 환경오염을 일으키지 않는다는 점에서 주목 받고 있다. 현재 수소 연료를 생산하는 방식은 크게 산업 공정 중의 부생수소 분리, 천연가스 개질, 물분해로 대표된다. 이 중 태양광을 이용한 물분해는 부산물이 친환경적이며 상온 반응이 가능하고 무한한 태양에너지를 이용할 수 있다는 장점 때문에, 이를 상용화하기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 물분해에 이용되는 광전극은 구리산화물, p-type 실리콘, 이산화 티타늄 등의 다양한 반도체 물질이다. 구리 산화물은 낮은 밴드 갭 에너지로 인해 가시광선 영역의 빛(태양광의 40%)을 흡수할 수 있어, 자외선 영역의 빛(태양광의 5%)보다 더 많은 양의 태양에너지를 이용할 수 있다는 장점이 있다. 또한 전도 띠가 수소 환원 준위보다 음의 값을 가져 수소를 생성하기에 적합하며 구조적 변화가 비교적 쉽고 구리의 전도성이 높다는 점에서 구리 산화물을 이용한 물분해 연구가 널리 진행되고 있다. 하지만 수소 변환 효율이 낮기 때문에 이의 개선 방법에 대한 연구가 시급하다. 이에 대한 일환으로 물분해에 CNT(Carbon nano tube), 그래핀 등의 탄소소재를 적용하려는 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 구리 산화물 광전극의 수소 생산 효율을 향상시키기 위해, 전해 도금과 열산화법으로 CNT-구리 산화물 복합체를 제작하였다. 최적의 수소 생산 조건을 알아보기 위해 도금 시간과 열처리 온도를 변수로 두고 실험을 진행하였다. SEM (Scanning electron microscopy)을 통해 도금시간에 따라 구리 산화물이 뭉쳐 구리 산화물이 표면을 덮는 형태와, 산화 여부에 따른 표면의 면적 변화를 관찰하였다. XRD (X-ray Diffraction)와 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)를 이용해 온도와 도금 시간에 따른 구리 및 구리 화합물의 결정방향과 결합형태, 산화 정도를 파악하였다. 최종적으로 물분해에 적용하기 위하여 광전기화학적 분석으로 완성된 샘플의 전기적 특성을 확인하였고, 분석 결과를 토대로 복합체의 전기적 특성의 원인에 대해 유추해볼 수 있었다. 종합적으로 물분해에 적합한 CNT-구리 복합체의 조건을 결정하였으며, 이는 물분해의 낮은 수소 변환 효율을 증가시켜 물분해 상용화에 기여할 것으로 보인다. |
| 저자 | 나원경, 노호균, 김수민, 배효정, 이무성, 하준석 |
| 소속 | 전남대 |
| 키워드 | 광전기화학; 탄소나노튜브; 산화구리; 광촉매; 전해도금; 열산화법 |
