| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2021년 봄 (05/12 ~ 05/14, 광주 김대중컨벤션센터) |
| 권호 | 27권 1호 |
| 발표분야 | E. 환경/센서 재료 분과 |
| 제목 | Pd/ITO/MoOx/p-Si 광음극 재료의 광전기화학 물분해 수소생산을 위한 특성 평가 |
| 초록 | 기존 화석 연료 기반 에너지 사용에 따른 이산화탄소 배출량 급증으로 인해 지구 온난화 문제가 심각해 짐에 따라 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경 에너지를 생산하는 것이 점점 중요해지고 있다. 따라서, 친환경 에너지 중 하나로 수소 에너지를 화석연료의 대체자원으로 활용하고자 하는데, 수소를 생산하는 방법 중에 빛을 이용한 물분해 방법은 지속가능하고 청정한 에너지원인 태양광 에너지를 활용할 수 있다는 장점이 있다. 그 중, 광음극에서의 광전기화학적 물분해는 환원을 통해 수소를 발생시키므로 차세대 친환경 수소생산 기술로 각광받고 있다. 광전기화학 촉매는 반응에 필요한 과전압을 줄여 반응 속도를 빠르게 도와주며, p-Si는 대표적인 광전기화학 음극 촉매 재료로 사용된다. MoOx는 지구상에 풍부하고 값싼 물질로 광전기화학 조촉매로 사용될 수 있으며, ITO는 가시광선 영역에서 80%이상의 뛰어난 투과율과 낮은 전기저항, 넓은 광학적 밴드갭을 가져 대표적인 투명 전도성 물질로 사용되므로 계면에서의 전하 이동을 돕고, 전해질 내에서 촉매의 부식을 방지해주는 passivation 역할도 하게 되어 촉매의 안정성을 높여준다. Pd는 과전압이 거의 없고, 반도체 표면에서 빛에 의해 유도된 전자-정공 쌍의 재결합을 효과적으로 방해하여 광촉매 특성을 향상시키는 조촉매 역할을 한다. 따라서, 이들을 결합하여 우수한 광전기화학적 음극 촉매 특성을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 p-Si기판 위에 RF magnetron 스퍼터를 사용하여 MoOx와 ITO박막을 순차적으로 증착한 후, E-beam evaporation을 사용하여 Pd를 욜려 샘플을 제작하였다. p-Si, MoOx/p-Si, ITO/MoOx/p-Si, Pd/ITO/MoOx/p-Si의 4가지 샘플에 대해 Iviumstat장비를 사용해 광전류밀도-전압(J-V) 곡선을 측정하여 광전기화학적 성능을 비교했으며, Impedence, Mott-Schottky측정을 진행하였다. 또한, UV-vis spectroscopy를 통해 샘플의 광투과율을 측정하였으며, SEM/EDS측정을 통해 샘플 표면에 Pd가 균일하게 증착된 것을 확인하였다. 결과적으로, Pd/ITO/MoOx/p-Si의 성능이 가장 우수했는데, 그 이유는 Pd의 전자-정공쌍의 재결합 방해효과와 ITO의 우수한 광투과성과 높은 전도성이 MoOx의 광전기화학적 조촉매 효율을 증가시켜 광음극에서의 환원에 따른 물분해 반응에 필요한 과전압이 줄었기 때문이다. |
| 저자 | 이영재, 하중섭, Shankara S. Kalanur, 서형탁 |
| 소속 | 아주대 |
| 키워드 | 광전기화학; 물분해; 광음극; Pd/ITO/MoOx/p-Si |
