| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2018년 봄 (05/16 ~ 05/18, 삼척 쏠비치 호텔&리조트) |
| 권호 | 24권 1호 |
| 발표분야 | C. 에너지 재료 분과 |
| 제목 | 실리콘 광음극 기판 위 몰리브덴 산화물 증착을 통한 광전기화학적 물 환원 반응 특성 평가 |
| 초록 | 수소 에너지는 청정에너지로 각광받으며 수소 자동차(연료 전지)를 비롯한 다양한 분야에서 에너지원으로 사용될 수 있다. 수소 연료 생산 방법으로서 태양광 물분해는 수소를 생산하는 가장 유망하고 청결한 방법 중 하나다. 물 환원 반응은 태양광 물분해에서 수소를 발생시키는 광음극에서 일어나는 중요한 반응이다. 이를 위한 광음극으로 Cu2O, Rh 도핑된 SrTiO3, 금속 도핑된 Fe2O3와 같은 물질이 연구되고 있지만 연구가 활발한 광양극에 비해 아직까지는 종류가 매우 한정적이어서 새로운 물질의 탐구가 필요하다. 몰리브덴 산화물(MoOx)는 지구상에 풍부하고 값싼 물질로 본 연구에서는 Si 광음극 위에 MoOx 를 증착하여 효과적인 광전기화학적 물 환원 반응을 얻었다. 이때 MoOx 는 Mo 금속 타겟과 MoO3의 산화물 타겟을 이용하여 다양한 산소 조성에서 RF 마그네트론 스퍼터를 통해 증착하여 변화를 보았다. MoOx 의 두께 평가는 SEM 단면 측정을 시행하였으며 UV-vis spectroscopy를 측정하여 MoOx 박막의 흡수도 변화를 보았다. MoOx/Si의 물 환원 반응의 효율은 1 sun 조건에서 0.5M H2SO4 전해질 용액에서 측정을 진행하였다. Incident photon-to-current conversion efficiency(IPCE) 와 impedance 측정을 MoOx 통해 산소 조성에 따른 특성 변화를 측정할 수 있었다. 스퍼터를 이용한 MoOx 의 증착을 통해 Si 광음극의 효율이 증가함을 확인하였다. 산소 조성에 따른 MoOx 의 효율을 비교하면 산화물 타겟을 이용해 증착한 경우 Ar:O2 20:0 비율로 산소조성을 최소화하여 MoO3-x 의 산소 공핍이 가장 큰 샘플에서 최대 효율을 보였다. 하지만 Mo 금속 타겟을 이용했을 때 증착한 Mo 금속이나 Ar:O2 20:20 비율로 산소 조성을 많이 넣어 증착한 MoOx 샘플의 경우 아주 낮은 효율을 보이며 산소 조성이 없는 Mo 금속이 아닌 산소 공핍이 많은 MoO3-x 에서 산소 공공에 의해 효율을 최대화 시킬 수 있음을 보였다. 이는 조성에 따른 산소 공공의 밀도와 에너지 준위에 따른 전기화학적 반응 효율의 차이로 해석이 가능하다. |
| 저자 | 유일한, Shankara S. Kalanur, 서형탁 |
| 소속 | 아주대 |
| 키워드 | 광음극 물 환원; 물분해; 몰리브덴 산화물; 산소 조성 |
