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제안 방법
- 제작된 광양극의 물 분해 특성을 조사하기 위해서는 물에 닿는 전극의 면적이일정해야 하기 때문에 에폭시 경화제를 사용하여 0.5 ×1.0 cm2의 면적 외의 부분을 차단한 다음에 용제를 사용하여 전극 연결부의 ZnO를 제거함으로써 FTO를 노출 시킨 다음에 3전극 배치를 사용하여 광전기화학적 물 분해 특성을 측정하였다.
- 본 논문에서는 ZnO 나노입자를 씨앗 층(seed layer)으로 활용하는 수열합성법을 이용하여 불소가 첨가된 주석산화물(FTO)이 코팅된 유리 기판 위에 ZnO 나노막대 집합체를 합성한 후에 이것을 광양 극으로 활용하여 PEC물 산화 성능을 검토하였다. 특히, 때려내기(sputtering)방법을 사용하여 ZnO 씨앗층을 형성하는 데 있어서 중요한 공정 변수인 Zn 타깃(target)의 떼려내기 전력에 따른 구조적, 광학적, 그리고 PEC 물 산화 특성을 체계적으로 조사하였다.
- 본 논문에서는 ZnO 나노입자를 씨앗 층(seed layer)으로 활용하는 수열합성법을 이용하여 불소가 첨가된 주석산화물(FTO)이 코팅된 유리 기판 위에 ZnO 나노막대 집합체를 합성한 후에 이것을 광양 극으로 활용하여 PEC물 산화 성능을 검토하였다. 특히, 때려내기(sputtering)방법을 사용하여 ZnO 씨앗층을 형성하는 데 있어서 중요한 공정 변수인 Zn 타깃(target)의 떼려내기 전력에 따른 구조적, 광학적, 그리고 PEC 물 산화 특성을 체계적으로 조사하였다. 결과적으로 수열합성법으로 제작된ZnO 나노막대 집합체가 광전기화학적 물 분해를 통한 수소 생산을 위한 광양극을 마련하는 데 활용될 가능성이 있다는 점이 제시될 것이다.
- 먼저 FTO가 코팅된 유리 기판 위에 ZnO 나노입자를 씨앗 층으로 활용하는 수열합성법을 사용하여 n-형 ZnO 나노막대 집합체를 성장시켰다.20) ZnO 씨앗 층을 형성하기 위해 때려내기 방법을 사용하여 상온에서 10~40 W의 전력을 인가하면서 5 mTorr의 Ar 분위기 하에서 1.
- 먼저 FTO가 코팅된 유리 기판 위에 ZnO 나노입자를 씨앗 층으로 활용하는 수열합성법을 사용하여 n-형 ZnO 나노막대 집합체를 성장시켰다.20) ZnO 씨앗 층을 형성하기 위해 때려내기 방법을 사용하여 상온에서 10~40 W의 전력을 인가하면서 5 mTorr의 Ar 분위기 하에서 1.5분 동안 Zn층을 증착시킨 다음에 400 oC에서 건조한 공기 분위기 하에서 1시간 동안 열처리 공정을 시행함으로써 Zn층을 산화시켰다. 준비된 ZnO 씨앗 층 위에 수열합성법을 사용하여 수직으로 정렬된 ZnO 나노막대 집합체를 성장시켰는데, 여기서 사용된 수열합성용 용액은 25mM의 질산 제2 아연 6수화물[Zn(NO3)2·6H2O]과 25mM의 헥사메틸렌테트라민(C6H12N4)을 계량한 다음에 자기 교반자를 사용하여 200rpm의 속도로 균일하게 혼합하여 준비하였다.
- 준비된 ZnO 씨앗 층 위에 수열합성법을 사용하여 수직으로 정렬된 ZnO 나노막대 집합체를 성장시켰는데, 여기서 사용된 수열합성용 용액은 25mM의 질산 제2 아연 6수화물[Zn(NO3)2·6H2O]과 25mM의 헥사메틸렌테트라민(C6H12N4)을 계량한 다음에 자기 교반자를 사용하여 200rpm의 속도로 균일하게 혼합하여 준비하였다. 그 다음에 ZnO 씨앗 층이 형성된 기판을 준비된 용액에 담근 후 90oC에서 6시간 동안 수열합성법으로 ZnO 나노막대 집합체를 성장시켰다. ZnO나노막대 집합체가 코팅된 기판은 세척 후 건조한 공기 분위기에서 열처리 공정을 400oC에서 1시간 동안 진행하였다.
- 합성된 ZnO 나노막대 집합체에 대하여 결정상을 알아보기 위해 X선 회절 분석기(XRD)와 라만 분광기(Ramanspectroscopy)를 사용하였고, 미세구조 분석을 위해 냉전계형 장방출 주사전자현미경(SEM)를 이용하였으며, 광학적 특성을 조사하기 위해 분광 광도계(UV-Vis-NIRspectrophotometer)를 활용하였다. 제작된 광양극의 물 분해 특성을 조사하기 위해서는 물에 닿는 전극의 면적이일정해야 하기 때문에 에폭시 경화제를 사용하여 0.
- 6)을 전해질로 사용하였다. 각각의 전극에 전원을 연결한 다음에 전압을-0.8 V에서 1.2 V까지 변화시키면서 솔라시뮬레이터를 이용하여 태양광을 조사한 상태에서 전류 밀도를 측정함으로써 광변환 효율(photoconversion efficiency)을 계산하였다. 그리고 바이어스 전압을 가하지 않은 조건(0 V vs.
- 2 V까지 변화시키면서 솔라시뮬레이터를 이용하여 태양광을 조사한 상태에서 전류 밀도를 측정함으로써 광변환 효율(photoconversion efficiency)을 계산하였다. 그리고 바이어스 전압을 가하지 않은 조건(0 V vs.Ag/AgCl)에서 일정 시간 동안 반복적으로 빛을 조사하고 차단함으로써 광전기화학적 안정성을 평가하였다.
- 합성된 ZnO 나노막대 집합체의 결정상 형성을 확인하기 위해 X-선 회절 및 라만 산란 실험을 수행하였다.Fig.
- 불소가 첨가된 주석산화물(FTO)이 코팅된 유리 기판위에 Zn 때려내기 전력을 변화시키면서 형성한 ZnO 나노입자를 씨앗층(seed layer)으로 활용하는 수열합성법을 사용하여 합성된 n-형 ZnO 나노막대 집합체를 기반으로 제작한 광양극의 광전기화학적 물 산화 특성을 체계적으로 조사하였다. X-선 회절, SEM 분석, 그리고 광흡수 스펙트럼의 측정을 통해서 ZnO 나노막대 집합체의 결정상과 구조적 및 광학적 특성을 확인하였다.
- 불소가 첨가된 주석산화물(FTO)이 코팅된 유리 기판위에 Zn 때려내기 전력을 변화시키면서 형성한 ZnO 나노입자를 씨앗층(seed layer)으로 활용하는 수열합성법을 사용하여 합성된 n-형 ZnO 나노막대 집합체를 기반으로 제작한 광양극의 광전기화학적 물 산화 특성을 체계적으로 조사하였다. X-선 회절, SEM 분석, 그리고 광흡수 스펙트럼의 측정을 통해서 ZnO 나노막대 집합체의 결정상과 구조적 및 광학적 특성을 확인하였다. 측정된 광전기화학적 전류 밀도-전압(J-V) 특성 곡선들로부터 때려내기 전력이 20 W인 조건에서 수직으로 성장한 ZnO 나노막대 광양극이 가장 우수한 광전류 반응 특성을 나타냄이 밝혀졌고, 이 경우에 0.
대상 데이터
- 준비된 ZnO 씨앗 층 위에 수열합성법을 사용하여 수직으로 정렬된 ZnO 나노막대 집합체를 성장시켰는데, 여기서 사용된 수열합성용 용액은 25mM의 질산 제2 아연 6수화물[Zn(NO3)2·6H2O]과 25mM의 헥사메틸렌테트라민(C6H12N4)을 계량한 다음에 자기 교반자를 사용하여 200rpm의 속도로 균일하게 혼합하여 준비하였다.
- 0 cm2의 면적 외의 부분을 차단한 다음에 용제를 사용하여 전극 연결부의 ZnO를 제거함으로써 FTO를 노출 시킨 다음에 3전극 배치를 사용하여 광전기화학적 물 분해 특성을 측정하였다. 여기서 제작된 광양극은 작동 전극으로 사용하고, 기준 전극과 상대 전극은 각각 은-염화은(Ag/AgCl) 전극과 백금 메시(Pt mesh)를 사용하였으며, 1 mM의 Na2SO4 수용액(pH = 6.6)을 전해질로 사용하였다. 각각의 전극에 전원을 연결한 다음에 전압을-0.
이론/모형
- 23[V]는 물분해 전위를 나타내며, Pi는 입력 가시광선의 세기 밀도[mW/cm2]를 가리킨다. 측정된 Ag/AgCl 기준 전극 대비 인가 전압은 다음과 같은 네른스트 방정식(Nernst equation)을 사용하여 RHE 척도로 변환된다.27)
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