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탄탈옥시나이트라이드 광전극을 이용한 고효율 가시광 물분해

전문가 제언: ○ 에너지와 환경문제 해결을 위한 방법으로 무한대의 태양에너지를 이용하여 물을 분해해서 수소를 생성하는 연구는 가시광 응답형 n형 반도체산화물계와 n형 질화물 반도체를 사용하여 연구한 예가 많이 있으나 실용화 단계에 이르지 못하고 있다. 본고는 금속 옥시나이트라이드 n형 반도체 제조공정으로 산화물을 고온에서 질화처리하는 방법과 질화된 산화물을 전기영동과 네킹처리하여 광전류를 안정화시키는 방법이 간단하고 가시광 조사에 의한 광전변환효율도 76% 이상 향상된 방법으로서 광전극 개발에 중요한 자료라고 생각된다.

○ 질화물 GaN, InGaN를 Pt 대극의 염산수용액 중에 침적하고 가시광 조사하여 물분해에 의해 수소가스를 발생할 때 에너지변환효율이 0.5%에 불과했으나 본고의 TaON에 IrOx를 담지한 전극을 이용하여 가시광 400㎚ 조사 시에 광전변환효율이 76%에 달하였음으로 상당히 우수한 방법이라고 생각된다.

○ 가시광응답형 TiO2를 마그네트론 스퍼터링법으로 그라스기판에 박막을 제조하여 황산수용액에서 태양광을 4시간 조사하였을 때 수소가 약 60mol 발생하였는데 IrOx-TaON전극을 인산버퍼수용액에 가시광을 4시간 투과 시에 약 40mol 수소가 생성되었다. TiO2 박막에 질소를 도프 하면 효과가 더 향상 된다고 보고되고 있다. IrOx-TaON 전극은 TiO2계보다 광변환효율이 떨어지지만 제조법이 간단한 특징이 있다.

○ 도전성 기판 위의 다공질 양극 TaON에 IrOx나 CoOx 나노입자 보조촉매를 높은 밀도로 담지시키면 광전류 값이 현저하게 향상된다고 보고하고 있으나 물을 분해하여 생성되는 수소와 산소를 각각 수집하는 방법에 대해서 논의되지 않은 점이 아쉽다.

○ 우리나라의 각 대학이나 연구소에서 질화물계나 산화티타늄계의 응용연구는 많이 하고 있으나 TaON계 n형 반도체를 이용하여 물을 분해하는 연구는 아직 발표가 없다. 앞으로 많은 연구가 요청된다.

저자: Ryu ABE
자료유형: 학술정보