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광촉매를 이용한 물 분해에 의한 수소 제조

전문가 제언: ○ 지구상에 무진장하게 공급되는 광대한 양의 태양광에너지를 원천으로 하여 인류의 에너지를 확보하는 방안은 이상적인 에너지 문제 해결책의 하나이며 이를 위한 연구가 왕성하고 이루어지고 있다. 태양광에너지를 변환-이용하는 방법으로 광 에너지를 건식과 습식 태양전지를 이용하여 전기에너지로 변환하는 방법과 광촉매반응이나 광화학반응에 의해 화학에너지로 변환시키는 방안이 있다.

○ 광촉매를 이용한 물의 분해반응은 ΔG가 정(正)인 에너지 축적형 반응이며 이 반응을 진행시키기 위해서는 외부에서 에너지를 주입해야 하는데 물의 전기분해반응이 그 대표적인 방법의 하나이다. 반응에 필요한 에너지원이 태양에너지라는 점 때문에 1970년대 이후부터 꾸준히 연구되어 왔으나 지금까지는 태양에너지에서 극히 적은 부분을 차지하는 자외선 영역에서는 변환효율이 30% 정도까지 도달하였으나 태양광의 대부분을 차지하는 가시광선 영역에서는 큰 성과를 이루지 못하고 있다.

○ 본고에서는 이러한 관점에서 가시광 영역에서 광촉매를 이용한 물 분해 연구의 경과와 최근의 동향을 해설한 것으로, 필자 들은 금속옥시나이트라이드나 옥시설파이드 등의 비산화물계 재료로 광촉매 개발을 시도한 결과 Ga나 Ge를 베이스로 하는 전형금속의 옥시나이트라이드가 가시광 영역에서 물을 분해할 수 있음을 확인하였다고 보고하고 있다.

○ 과학기술부의 21세기 프런티어 사업의 “고효율 수소에너지 제조·저장·이용기술 개발사업단”에서도 자연에너지를 이용한 물 분해 제조 시스템을 연구하고 있어 그 결과가 기대된다. 본고는 가시광선에서 물의 수소 산소 분해를 촉진하는 새로운 광촉매 물질 개발 내용을 소개한 것으로 관련 분야의 좋은 참고자료가 될 것이다.

저자: Tsuyoshi Takata, Kazunari Domen
자료유형: 학술정보