햇볕 이용해 물에서 수소에너지 만드는 소재개발 청정에너지 수소를 태양광/물을 원료로 생산, 미래 에너지 문제 해결에 기여 기대
연구결과개요
2. 연구내용
본 연구에서는 기존 연구와 달리 전자 전달 능력이 매우 우수한 텅스텐 산화물 나노 꼬임 구조체에 태양광 흡수가 매우 우수한 비스무스 바나듐 산화물을 코팅을 함으로써 태양광-수소 변환 효율을 6%대까지 끌어 올렸다. 텅스텐 산화물의 나노 꼬임 구조는 텅스텐 산화물의 전자 전달 능력을 그대로 유지하면서 태양빛의 산란을 극대화 하여 비스무스 바나듐 산화물이 태양빛을 흡수하는데 크게 기여하였다. 텅스텐 산화물의 나노 꼬임 구조체는 태양빛을 강하게 산란을 시키고 이 빛을 비스무스 바나듐 산화물이 흡수하여 전자와 홀을 생성하게 된다. 이때 생성된 전자는 10억분의 1초 이내에 텅스텐 산화물로 이동을 하여 물을 산화시키는 반응에 참여한다. 특히 나노미터 수준으로 코팅된 비스무스 바나듐 산화물로 인하여 전자/홀 재결합을 크게 줄일 수 있으며 높은 수소 제조 효율을 갖게 된다. 본 연구에서 약 일주일 동안 태양빛 아래에서 물분해 수소생산 실험을 진행하였으며 기존의 대표적인 광촉매 소재인 티타늄 금속 산화물 대비 약 10배 이상의 수소가 생산됨을 확인하였다. 또한 기존에 문제가 되었던 장기 안정성 문제도 크게 향상되어 광전기화학셀의 상업화 가능성을 한층 높일수 있는 기술로 기대된다.
3. 기대효과
고효율, 저비용 수소에너지 제조를 위한 차세대 나노소재 개발 및 광전기화학 셀 설계 분야의 원천 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다.
햇볕 이용해 물에서 수소에너지 만드는 소재개발
태양빛을 비스무스 바나듐 산화물에 흡수시키는 데 큰 역할을 한 건 무엇일까
텅스텐 산화물의 나노 꼬임 구조