• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.117-117
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• 2007

• 에너지공학
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• 제15권2호
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• pp.96-106
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• 2006

다양한 수소에너지의 생산방법 중에서 진정으로 청정하고 지속가능한 유일한 기술이 물로부터 수소를 획득하는 태양-수소제조 시스템이다. 태양에너지를 활용한 물로부터 수소생산 연구는 1979년 일본 동경대학의 Honda와 Fujishima 교수의 광전기화학적 방법이 성공적으로 제시된 이래로 매우 많은 연구가 진행되어 오고 있다. 이러한 관심은 가시광 광촉매 제조, 광전기화학전지 등의 개발을 유발하였으며, 융합기술의 하나인 바이오-광촉매 복합시스템 구성 등의 연구를 도출시켰다. 본 고에서는 이들 태양의 광에너지를 직접 활용한 물분해 수소생산 기술을 소개하였으나 태양열을 이용한 수소 제조기술은 포함시키지 않았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.676-676
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• 2013

무기물 양자점을 광감응 염료로 사용하는 경우 양자점의 사이즈 조절만으로 밴드갭을 조절할 수 있어 광학적 특성 조절이 용이하며, 유기 염료보다 광흡수 능력이 뛰어난 장점을 가진다. 특히 카드뮴 계열의 CdS, CdSe 양자점을 순차적으로 증착하여 사용하는 경우 가시광 전 영역을 효율적으로 흡수, 이용할 수 있어 광전기화학 셀의 광전극으로 사용 시 높은 성능을 기대할 수 있다. 하지만, 카드뮴 계열 양자점의 경우 광전기화학 셀로의 구동에 있어 안정성이 낮은 문제점이 있으며, 이는 양자점에 남아있는 정공이 관여하는 양자점 부식 반응으로 인한 것이다. 본 연구에서는 보다 안정적이면서도 고효율의 광전기화학적 수소생산 시스템을 위해, CdSe/CdS 양자점 감응형 ZnO 나노선 광전극에 IrO2 촉매물질을 증착하였다. CdSe/CdS 양자점이 가시광 전 영역을 흡수하며, ZnO 나노선 구조를 통해 생성된 광전자를 효율적으로 포집하여 높은 광전류 특성을 기대할 수 있다. 나아가 산소생산용 조촉매로 많이 사용하는 $IrO_2$ 촉매 물질의 추가증착을 통해 양자점에서 생긴 정공을 빼 줌으로서 정공이 관여하는 양자점 부식 반응을 방지할 수 있다. 실험결과 촉매물질의 증착 이후 광전류 생성 특성 및 수소생산량이 증가하였으며, 안정성 또한 상당히 향상된 것을 확인할 수 있었다.

• 청정기술
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• 제27권1호
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• pp.85-92
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• 2021

태양에너지를 활용하여 전력을 생산하는 시스템인 Solar water battery는 광전기화학전지와 에너지저장시스템을 결합한 것으로 추가적인 외부 전압 없이 태양에너지의 전환과 저장을 동시에 할 수 있다. Solar water battery는 광전극, 저장전극 그리고 상대전극으로 구성되어 있고, 이들의 선택과 조합은 시스템의 성능과 효율에 있어 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 Solar water battery의 구성요소들을 변화시켜 시스템에 미치는 영향을 알고자 하였다. 상대전극이 방전 시 미치는 영향, 광전극과 저장전극의 전극 재료, 전해질의 종류에 따른 태양에너지 전환 효율과 저장 용량에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 이들의 최적화된 구성(TiO2 : NaFe-PB : Pt foil)에서 15시간동안의 광조사 후의 방전 용량이 72.393 mAh g-1으로 시스템 구성 조건에 따라 광전환/저장 효율이 크게 영향을 받음을 확인 할 수 있었다. 또한, 유기 오염물질을 광전극 반응조내 전해질에 첨가하여 광전하를 효율적으로 분리시킴으로써 광전류 증가시켰으며, 이로 인해 저장용량이 향상되고, 동시에 오염물질도 분해시킬 수 있음을 확인하였다. 이처럼 Solar water battery는 추가적인 외부 전압이 필요없는 새로운 친환경 태양에너지 전환/저장 시스템이며, 나아가 수처리에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.227.2-227.2
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• 2010

본 연구에서는 양극산화된 $TiO_2$ 전극(anodized tubular $TiO_2$ electrode, ATTE)을 수소제조용 PEC(Photoelectrochemical)시스템에서 광어노드와 기존의 백금전극을 대체하고 $H^+$ 환원능을 향상시키기 위하여 엔자임(Pyrococcus furiosus, Pfu)을 고정화한 후 캐소드로 동시에 활용하였으며, 엔자임 고정을 위한 crosslinker 종류 및 금속담지 여부, ATTE 길이를 통한 수소발생양에 미치는 영향을 연구하였다. ATTE 표면과 엔자임의 amine group의 연결을 위하여 heterobifunctional crosslinker로써 사슬 길이가 상대적으로 짧은 Sulfo-SDA가 유리하였으며, 금속담지의 경우 짧은 튜브의 경우 1% 내에서 효과가 증진되었으나 긴 튜브의 경우는 오히려 광전류 및 궁극적으로 수소발생속도에 불리하게 작용하였다. 또한, 튜브 길이가 긴 ATTE가 짧은 ATTE 보다 수소발생양에서 더욱 효율적임을 알 수 있었다. 텅스텐산화물 담지의 가시광감응에의 담지 효과는 예비 실험 결과로 나타나지 않아, 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제27권2호
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• pp.33-38
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• 2020

광전기화학적 물분해에서 광전극으로 이용되는 GaN은 전해질에 대해 높은 안정성을 가지고 있으며 물의 산화 환원준위를 포함하고 있어 외부전압 없이 물분해가 가능하다. 그러나 GaN 광전극의 경우, 재료 자체의 효율이 낮아 상용화하기에는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 광효율을 향상시키기 위해 Cobalt phosphate(Co-pi) 촉매를 광전기증착(Photoelectro-deposition)방법을 통하여 GaN 광전극에 도입하였다. Co-pi 촉매 증착 후 SEM, EDS, XPS분석을 진행하여 Co-pi의 증착 여부 및 증착 정도를 확인하고, Potentiostat를 이용해 PEC 특성을 분석하였다. SEM 이미지를 통해 Co-pi가 GaN 표면 위에 20~25 nm 사이즈의 클러스터 형태로 고르게 증착되어 있는 것을 확인하였다. EDS 및 XPS 분석을 통해 GaN 표면의 입자가 Co-pi임을 확인하였다. 이 후 측정된 PEC 특성에서 Co-pi를 증착 시킨 후 0.5 mA/㎠에서 0.75 mA/㎠로 향상된 광전류밀도 값을 얻을 수 있었다. 향상된 원인을 밝히기 위하여, 임피던스 및 Mott-Schottky 측정을 진행하였고, 측정 결과, 50.35 Ω에서 34.16 Ω으로 감소한 분극저항(R_p)과 증가된 donor 농도(N_D) 값을 확인하였다. 물분해 전 후, 표면 성분을 분석한 결과 물분해 후에도 Co-pi가 남아있음으로써 Co-pi 촉매가 안정적이라는 것을 확인하였다. 이를 통해, Co-pi가 GaN의 효율 향상을 위한 촉매로서 효과가 있음을 확인하였고, 다른 광전극에 촉매로써 적용시켰을 경우, PEC 시스템의 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제23권4호
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• pp.113-117
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• 2016

수소를 생산하는 방법 중 하나로, 광전기화학적(photoelectrochemical; PEC) 물 분해 시스템은 높은 이론적 효율을 가진 친환경적이고 경제적인 방법이다. 광전극으로서 질화갈륨(gallium nitride; GaN)은 내화학성이 좋고 밴드갭이 물의 산화환원준위($V_{redox}=1.23$ V vs. SHE)를 포함하여 외부 전압 없이 수소를 생산할 수 있는 시스템을 구축할 수 있다. 그러나 이때 발생하는 높은 산소 발생 과전압은 시스템의 반응 효율을 저하시킨다. 산소 발생 과전압을 줄이기 위한 방법으로 광전극에 조촉매를 이용하는 방법이 많이 알려져 있다. 본 연구에서는 GaN 광전극에 입자 형태의 이산화망간(manganese dioxide; $MnO_2$)을 조촉매로 도입하여 PEC 시스템의 특성을 분석하고자 한다. $MnO_2$가 광전극에 잘 형성되었는지를 확인하기 위하여 표면분석을 수행하였고, potentiostat(PARSTAT4000)을 이용해 PEC 특성을 분석해 평가하였다. $MnO_2$가 코팅됨에 따라 flat-band potential($V_{fb}$)과 onset voltage($V_{onset}$)가 각각 음의 방향으로 0.195 V, 0.116 V 이동하는 것이 확인되었다. 광전류밀도 값에 대해서도 $MnO_2$ 코팅 샘플이 더 높게 나타나며, 시간에 따른 광전류의 저하도 개선되었다. 이로부터 $MnO_2$이 조촉매로서 효과가 있음을 확인하였고, PEC 시스템 전반에 걸쳐 효율 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.