효율적 태양에너지/화학에너지 전환을 위한 플라즈모닉 금속의 나노구조

전문가 제언

○ 금속에 태양광을 조사하면 자유전자가스, 즉 플라즈마가 에너지를 받아 들뜨게 되고, 금속 양이온은 그것을 제 자리로 되돌리려 하므로 진동이 일어난다. 플라즈몬(plasmon)은 이 플라즈마 밀도의 집단적 진동을 양자화한 준입자이다. 금속표면의 플라즈몬이 입사광과 공명을 일으키는 것을 표면 플라즈몬 공명(SPR)이라 한다.

○ 입사광의 광자와 상호반응하여 강한 SPR을 일으키는 금속의 나노구조를 플라즈모닉 금속 나노구조라 한다. 최근 플라즈모닉 금속/반도체 복합체가 광촉매 재료로 주목받고 있다. 이 복합 광촉매는 광에너지를 화학에너지로 전환시켜 화학반응에 참여한다. SPR에 의해 들뜬 전자가 인접한 반도체 표면으로 이동하여 직접 화학반응에 참여하거나, 또는 SPR에 의해 집속된 입사광 에너지에 의해 반도체 표면에서 생성된 전자가 화학반응에 참여할 수도 있다. 이 촉매를 이용하면, 광에너지로 물을 분해하여 무공해 연료인 수소와 산소를 제조할 수 있다.

○ SPR의 강도와 공명파장은 금속의 종류에 따라 다르며, 특히 금, 은 등 귀금속의 나노입자는 자외선에서부터 가시광선에 이르기까지 넓은 영역의 태양광과 SPR을 일으킨다. 또 SPR은 금속 나노구조의 크기와 형상에 따라서도 달라지므로, 금속의 종류는 물론 나노입자들의 크기와 형상을 잘 조절함으로써 태양광의 전 스펙트럼과 반응하는 플라즈모닉 나노구조를 설계하는 것이 가능하다.

○ 국내에서는 서울대에서 액티브 플라즈모닉스를 이용한 광자 집적회로 기술을 연구하고 있고, KAIST와 나노람다(주)가 공동으로 플라즈모닉 광센서 칩 부품을 개발하고 있다. 그러나 이 연구들은 모두 플라즈모닉스와 관련된 장치를 개발하는 응용연구에 속한다. 플라즈모닉스는 아직 도입 단계에 있으므로 각 응용분야에서의 작동 메커니즘의 확립 및 그에 기초한 더 나은 플라즈모닉 금속의 탐색, 효율적인 나노입자의 크기와 형상의 탐색 등 기초적인 재료기술의 연구가 응용연구에 못지않게 중요하다.

저자

Suljo Linic, Phillip Christopher and David B. Ingram

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2011

권(호)

10

잡지명

Nature Materials

과학기술
표준분류

재료

페이지

911~921

분석자

심*주

분석물

• 효율적 태양에너지,화학에너지 전환을 위한 플라즈모닉 금속의 나노구조.pdf [356,775 byte]

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