복합 광촉매 재료를 이용하여 광-전기-화학적 성능 향상을 위한 광촉매 활성 연구 Photocatalytic Activity Studies for Improving Photo-electro-chemical Performances using Composite Photocatalysts원문보기
화석연료 고갈로 인해 태양에너지를 수소에너지로 변환하는 광촉매 재료에 대한 연구가 각광받고 있다. 이는 풍부한 자원인 태양에너지와 물을 이용함으로써 친환경적이며 지속가능한 자원으로 주목받고 있다. 광촉매는 각 물질마다 고유한 밴드 값을 가지고 있으며, 태양을 비롯한 광원으로부터 복사에너지를 흡수하면 원자가띠에 있는 전자가 ...
화석연료 고갈로 인해 태양에너지를 수소에너지로 변환하는 광촉매 재료에 대한 연구가 각광받고 있다. 이는 풍부한 자원인 태양에너지와 물을 이용함으로써 친환경적이며 지속가능한 자원으로 주목받고 있다. 광촉매는 각 물질마다 고유한 밴드 값을 가지고 있으며, 태양을 비롯한 광원으로부터 복사에너지를 흡수하면 원자가띠에 있는 전자가 전도띠로 여기 되어 원자가띠에는 정공이 형성되는 광화학반응이 일어난다. 이때, 형성된 전도띠의 전자와 원자가띠의 정공이 외부의 물과 반응하여 수소와 산소를 형성하는 원리를 이용한다. 본 연구는 태양빛을 이용하여 광촉매의 광화학반응을 촉진하는 연구를 목표로 하였으며 광촉매의 다양한 쓰임 중 2가지 용도로 이용하였다. 첫째는 태양광에 의해 여기된 전자가 전압차에 의해 음극으로 이동하는 원리를 이용하는 박막형 광촉매인 광전극을 제조하였으며, 물분해가 이루어지는 1.23 eV의 기준 값을 바탕으로 전기화학적 성능을 향상시키는 연구를 진행하였다. 서로 상호 연결된 표면을 가진 g-C3N4/BiVO4/ZnO 광전극을 제조하여 Z-scheme과 ZnO vacancy를 통해 광전기화학적 성능을 향상시켰다. 둘째는 광촉매로 물을 광분해하여 수소 및 산소 기체를 얻기 위해 입자형 광촉매 재료를 연구하였다. ZnS광촉매에 Cd-Cu co-dopants를 도핑하여 sulfide형 광촉매를 쉽게 합성할 수 있었으며, 광화학적 특성을 향상시켜 수소생산향상에 기여할 수 있었다. 따라서 광촉매 재료는 향후의 신재생에너지 변환 기술로 기대할 수 있을 것이다.
화석연료 고갈로 인해 태양에너지를 수소에너지로 변환하는 광촉매 재료에 대한 연구가 각광받고 있다. 이는 풍부한 자원인 태양에너지와 물을 이용함으로써 친환경적이며 지속가능한 자원으로 주목받고 있다. 광촉매는 각 물질마다 고유한 밴드 값을 가지고 있으며, 태양을 비롯한 광원으로부터 복사에너지를 흡수하면 원자가띠에 있는 전자가 전도띠로 여기 되어 원자가띠에는 정공이 형성되는 광화학반응이 일어난다. 이때, 형성된 전도띠의 전자와 원자가띠의 정공이 외부의 물과 반응하여 수소와 산소를 형성하는 원리를 이용한다. 본 연구는 태양빛을 이용하여 광촉매의 광화학반응을 촉진하는 연구를 목표로 하였으며 광촉매의 다양한 쓰임 중 2가지 용도로 이용하였다. 첫째는 태양광에 의해 여기된 전자가 전압차에 의해 음극으로 이동하는 원리를 이용하는 박막형 광촉매인 광전극을 제조하였으며, 물분해가 이루어지는 1.23 eV의 기준 값을 바탕으로 전기화학적 성능을 향상시키는 연구를 진행하였다. 서로 상호 연결된 표면을 가진 g-C3N4/BiVO4/ZnO 광전극을 제조하여 Z-scheme과 ZnO vacancy를 통해 광전기화학적 성능을 향상시켰다. 둘째는 광촉매로 물을 광분해하여 수소 및 산소 기체를 얻기 위해 입자형 광촉매 재료를 연구하였다. ZnS광촉매에 Cd-Cu co-dopants를 도핑하여 sulfide형 광촉매를 쉽게 합성할 수 있었으며, 광화학적 특성을 향상시켜 수소생산향상에 기여할 수 있었다. 따라서 광촉매 재료는 향후의 신재생에너지 변환 기술로 기대할 수 있을 것이다.
Solar energy conversion attracts a promising alternative energy resource due to its eco-friendly, abundant, and permanent characteristics. Furthermore, the solar water splitting reveals a remarkable technology to convert solar energy into useful hydrogen molecules. Thus, efficient photocatalyst deve...
Solar energy conversion attracts a promising alternative energy resource due to its eco-friendly, abundant, and permanent characteristics. Furthermore, the solar water splitting reveals a remarkable technology to convert solar energy into useful hydrogen molecules. Thus, efficient photocatalyst developments via water splitting have been devoted for high solar to hydrogen conversion efficiency.
Photocatalysts for improving photocatalytic H2 production One of the properties about limited semiconductor photocatalysts has fast charge carrier recombination, but it can be accelerated surface reactions for oxygen and hydrogen production through band gap reduction ways such as doping or various junction structures along electron transfer pathway using other photocatalyst materials. These strategies allow efficient electrons and holes separation in photocatalyst particles. Therefore, photocatalysts provide opportunities for high solar energy harvesting using photovoltaic devices and improved solar-to-hydrogen conversion efficiency, and hence could serve as the potential for manufacturing solar driven clean fuels in a zero-carbon system.
Photoelectrodes for high photoelectrochemical (PEC) performance The PEC water splitting using specialized semiconductiors use solar energy to directly dissociate water molecules into oxygen and hydrogen. The photoelectrodes for enhanced PEC performance should conduct two fundamental functions : (1) optical functions for the most of absorption of solar energy, (2) photocatalytic functions required for water decomposition. Most remarkable photoelectrodes in terms of semiconducting should satisfy several specific electrochemical properties such as band gap, flat band potential, Helmholtz potential, Schottky barrier, electrical resistance and corrosion resistance. Consequently, the high PEC water splitting developments could be approach for long-term technology with the basis for low or no greenhouse gas emissions.
Solar energy conversion attracts a promising alternative energy resource due to its eco-friendly, abundant, and permanent characteristics. Furthermore, the solar water splitting reveals a remarkable technology to convert solar energy into useful hydrogen molecules. Thus, efficient photocatalyst developments via water splitting have been devoted for high solar to hydrogen conversion efficiency.
Photocatalysts for improving photocatalytic H2 production One of the properties about limited semiconductor photocatalysts has fast charge carrier recombination, but it can be accelerated surface reactions for oxygen and hydrogen production through band gap reduction ways such as doping or various junction structures along electron transfer pathway using other photocatalyst materials. These strategies allow efficient electrons and holes separation in photocatalyst particles. Therefore, photocatalysts provide opportunities for high solar energy harvesting using photovoltaic devices and improved solar-to-hydrogen conversion efficiency, and hence could serve as the potential for manufacturing solar driven clean fuels in a zero-carbon system.
Photoelectrodes for high photoelectrochemical (PEC) performance The PEC water splitting using specialized semiconductiors use solar energy to directly dissociate water molecules into oxygen and hydrogen. The photoelectrodes for enhanced PEC performance should conduct two fundamental functions : (1) optical functions for the most of absorption of solar energy, (2) photocatalytic functions required for water decomposition. Most remarkable photoelectrodes in terms of semiconducting should satisfy several specific electrochemical properties such as band gap, flat band potential, Helmholtz potential, Schottky barrier, electrical resistance and corrosion resistance. Consequently, the high PEC water splitting developments could be approach for long-term technology with the basis for low or no greenhouse gas emissions.
주제어
#Photocatalyst photoelectrode water splitting photocatalytic activities photoelectrochemical performance H2 production visible light
학위논문 정보
저자
강은선
학위수여기관
서울시립대학교 일반대학원
학위구분
국내석사
학과
화학공학과
지도교수
김정현
발행연도
2023
총페이지
v, 94 p.
키워드
Photocatalyst photoelectrode water splitting photocatalytic activities photoelectrochemical performance H2 production visible light
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