초록 ▼

두 종류 이상의 상이한 band gap energy와 band edge position을 가진 다른 종류의 반도체물질들을 접합시켜 새로운 광촉매를 개발을 시도하였다. 그 결과 가시광에서 물분해 활성을 내는 tin과 copper의 혼합 sulfide계 광촉매를 새로이 제조하였으며, 이 광촉매에 다시 silicon을 접합시켜 $SiSn_{0.95}Cu_{0.05}S$, $Si_{0.5}Sn_{0.95}Cu_{0.05}S$ 및 $Si_{0.25}Sn_{0.95}Cu_{0.05}S$

두 종류 이상의 상이한 band gap energy와 band edge position을 가진 다른 종류의 반도체물질들을 접합시켜 새로운 광촉매를 개발을 시도하였다. 그 결과 가시광에서 물분해 활성을 내는 tin과 copper의 혼합 sulfide계 광촉매를 새로이 제조하였으며, 이 광촉매에 다시 silicon을 접합시켜 $SiSn_{0.95}Cu_{0.05}S$, $Si_{0.5}Sn_{0.95}Cu_{0.05}S$ 및 $Si_{0.25}Sn_{0.95}Cu_{0.05}S$ 신규 광촉매를 개발하였다. 광촉매 $Sn_{0.95}Cu_{0.05}S$는 가시광 조사 하에서 시간당 420${\mu}$mol의 조성이 변화된 광촉매 $Si_{0.5}Sn_{0.95}Cu_{0.05}S$는 동일 가시광 조사 하에서 앞 촉매 보다 월등히 많은 시간당 19333${\mu}$mol의 수소를 발생하였다. 그리고 silicon의 조성이 변화된 광촉매 $Si_{0.5}Sn_{0.95}Cu_{0.05}S$ 및 $Si_{0.25}Sn_{0.95}Cu_{0.05}S$는 각각 11570${\mu}$mol 및 7466${\mu}$mol의 단일 $Sn_{0.95}Cu_{0.05}S$촉매에 비해 증가된 수소 발생량을 내었다. 이러한 연구 결과 이 방법을 이용하면 가시광선영역에서 물분해 광촉매로써, 이상적인 band gap energy 와 band edge position을 가진 신규 광촉매 개발의 가능성을 한층 높일 수 있으리라 생각된다.

Abstract ▼

The semiconductor mediated conversion of solar energy into electric or chemical energy has attracted considerable research efforts in recent years. Since the report of Fujisima and Honda using a $TiO_2$ photoelectrode in 1972, extensive studies have been made in the field of photoelectroc

The semiconductor mediated conversion of solar energy into electric or chemical energy has attracted considerable research efforts in recent years. Since the report of Fujisima and Honda using a $TiO_2$ photoelectrode in 1972, extensive studies have been made in the field of photoelectrochemistry as well as photocatalysis. At the initial stage of photocatalytic photodecomposition of water, simultaneous evolution of $H_2$ and $O_2$ using homogeneous and heterogeneous systems had not been well demonstrated mainly due to the difficulty of formation and rapid reverse reaction between products. During the past decade, several heterogeneous photocatalytic system have been developed to decompose steadily under ultraviolet light irradiation. However, a sustained and overall water splitting into $H_2$ and $O_2$ has been accomplished in only limited number of cases. Most of these systems use semiconductor photocatalyst. Efficient semiconductor materials for this purpose must possess certain characteristics such as suitable band gap energies, stability toward photo corrosion, and suitable physical characteristics. We now wish to report a new mixed metal sufide semiconductor photocatalyst (Si/$Sn_xCu_yS$) shows significant activity for photochemical hydrogen production from water under illumination with either UV or visible light. A new mixed metal sulfide semiconductor photocatalyst($Sn_yCu_zS$) and silicon-supported metal sulfide photocatalyst($Si_x$/$Sn_yCu_zS$) shows significant activity for photochemical hydrogen production from water under illumination with either uv or visible light.
- Mixed metal sulfide semiconductor photocatalyst
The new type of mixed metal sulfide photocatalyst ($Sn_yCu_zS$) was prepared and its photocatalystic activity for water splitting was tested. A $Sn_{0.95}Cu_{0.05}S$ photocatalyst produced 420 mol/gr.cat.hr of hydrogen under visible light irradiation. Raising the copper amount in the catalyst($Sn_{0.5}Cu_{0.5}S$) reduced hydrogen production(270 mol/gr.cat.hr).
- Si-supported mixed metal sulfide semiconductor photocatalysts
The charge transfer between Si and $Sn_yCu_zS$ which have different band gap and band edge position would lead to an increase in the efficiency for charge separation, resulting in the enhancement of water splitting ability the photocatalyst.
- The following results were obtained from various supported mixed metal sulfide catalysts in visible light.
We could apply these results for the development of the optimun system of the photocatalytic hydrogen production

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문...2
• 보고서 초록...3
• 요약문...4
• SUMMARY...8
• CONTENTS...10
• 목차...12
• 제1장 연구개발과제의 개요...14
• 제2장 국내외 기술개발현황...16
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과...17
• 제1절 서론...17
• 1. 수소제조 방법...19
• 가. 수증기 개질에 의한 방법...19
• 나. 전기분해에 의한 방법...21
• 다. 생물학적 수소제조 방법...25
• 라. 광촉매에 의한 방법...27
• 제2절 실험...32
• 1. 시약...32
• 가. 광반응용 램프...33
• 2. 실험 방법...33
• 가. 촉매 제조...33
• (1). sulfide계 광촉매 제조...33
• (2). Si/sulfide계 광촉매 제조...34
• (3). 수소 발생량 측정...35
• 나. 광촉매물질 분석...38
• 제3절 결과 및 고찰...39
• 1. 복합 sulfide계 광촉매 제조...39
• 2. 광촉매의 광흡수파장...41
• 3. 광촉매 SnCuS의 수소발생...46
• 4. 광촉매 ZnMnS의 수소발생...50
• 5. Si가 첨가된 광촉매...54
• 6. 합성된 광촉매 분석...58
• 제4절 결론...69
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...70
• 제5장 연구개발 결과의 활용계획...71
• 제6장 연구 개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...72
• 제7장 참고문헌...73
• 특정연구개발사업 연구결과 활용계획서...75
• [첨부1] 연구결과 활용계획서...76
• [첨부2] 기술 요약서...80