아주대 관계자는 "효율성과 안정성을 모두 만족시키기 어려웠던 태양광촉매 전극의 기술적 한계를 극복해 냈다"며 "연구결과는 'Journal of Materials Chemistry A'의 최신호에 표지논문으로 소개됐다"고 말했다.
이 관계자는 "이 기술의 핵심은 태양광으로 생성된 전하를 이용해 물을 분해하는 광전극을 만드는 것"이라며 " 광변환 효율이 높으면 빨리 부식되고, 안정성이 뛰어나면 광변환 효율이 떨어져 안정성과 효율성을 동시에 만족시키는 경우가 없었다"고 설명했다.
서 교수팀이 개발한 광전극은 3가지 다른 나노 구조와 박막 소재를 쌓은 텐덤(tandem)구조를 이용했으며, 단일 전극이 빛에 직접 반응하는 일체형 광촉매 전극이다.
이는 태양전지와 촉매전극을 분리하거나 복수의 광전극판을 이용하던 기존의 방식을 탈피했다.
이 광전극은 빛에 의해 생성된 전하들이 손실 없이 양극과 음극으로 분리돼 물에서 고효율의 수소를 발생할 수 있게 했다.
24시간 수소 발생 효율이 95％로 유지되는 것을 광전류 측정과 가스 크로마토그라피측정법으로 확인했다고 서 교수팀은 설명했다.
이 밖에도 서 교수팀은 5나노미터의 이산화타이타늄(TiO2) 초박형 보호막층을 전해증착법이라는 기술을 이용해 공간 없이 완전히 덮는 공정도 개발했다.
보호층이 없는 경우에 비해 25％ 이상의 광효율 안정성과 16％ 이상의 광변환 효율을 높였다.
이번 연구는 한국연구재단의 중견 연구자 지원 사업, C1 가스 리파이너리 사업 및 BK플러스 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.
서 교수는 "고효율의 광변환효율과 안정적인 광반응을 동시에 달성한 일체형 광촉매전극 개발 성과는 매우 드물다"며 "촉매반응 향상을 위해 조촉매 입자 등을 추가로 적용하면 더 높은 효율의 물분해 수소 생성이 가능하고, 메탄 분해 등 다른 물질의 광화학 반응에도 적용할 수 있다"고 말했다.
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