테크노트 고효율 광촉매 최적화 구조 빛으로 읽어내 설계한다

헬로티 김진희 기자 | 고효율 수소 발생 광촉매로 알려진 금속-반도체 복합 나노 구조체의 이상적인 구조가 밝혀졌다. 초고속 분광분석 기술을 활용해 자체 디자인한 광촉매 모델시스템을 분석한 덕분이다. 고성능 광촉매 설계의 새로운 방법론을 제시한 연구로 평가받고 있다. UNIST 화학과 권오훈 교수팀은 KAIST 송현준 교수팀과 공동연구를 통해 금속-반도체 복합 나노 구조체(이하 복합 나노 구조체) 내에서 광촉매 반응이 일어나는 반응 동역학을 밝혀냈다. 또 이를 기반으로 복합 나노 구조체를 이루는 금속과 반도체간 이상적인 비율 구조를 제시했다. 복합 나노 구조체는 빛을 흡수하는 반도체 나노입자와 우수한 촉매 반응 특성을 지닌 금속 나노입자로 구성된 유망 수소 발생 광촉매이다. 복합체에 빛을 쪼이면 반도체 나노입자에서 전하쌍(전자, 정공)이 만들어지고 음전하인 전자가 금속 나노입자로 이동해 금속 표면에서 물이 수소로 분리되는 촉매 반응이 발생한다. 하지만 복합체 내 복잡한 전하의 이동 동역학 때문에 성능을 개선할 수 있는 설계 원리 파악에 어려움이 있었다. 공동연구팀은 모델시스템을 디자인하고, 이 안에서 일어나는 전하 이동 경로를 분석해 반응 동역학을 알아냈다.

• 김진희 기자
• 2021-12-12 10:03