초록 ▼

Q-sized 광촉매 및 mesoporous media를 적용한 물분해 anoxic 태양광수소제조 시스템 개발
1) Ni/NiO/$KNbO_{3}$/CdS 광촉매로부터 Q.Y 3.8% (8.8% @빛 산란 고려) 효율 달성
2) SCd/$K_{1-x}Ni_{x}NbO_{3}$ 광촉매의 경우 752 L/day의 수소 생산 가능성 확립
3) CdS 표면 개질 및 anoxic 조건에서 $CO_{2}$ 효과로 인해 CdS 광부식이 억제됨을 확인
4)

Q-sized 광촉매 및 mesoporous media를 적용한 물분해 anoxic 태양광수소제조 시스템 개발
1) Ni/NiO/$KNbO_{3}$/CdS 광촉매로부터 Q.Y 3.8% (8.8% @빛 산란 고려) 효율 달성
2) SCd/$K_{1-x}Ni_{x}NbO_{3}$ 광촉매의 경우 752 L/day의 수소 생산 가능성 확립
3) CdS 표면 개질 및 anoxic 조건에서 $CO_{2}$ 효과로 인해 CdS 광부식이 억제됨을 확인
4) $TiO_{2}$ 표면 개질된 CdS/Pt-$TiO_{2}$로부터 1 kg 당 1700 L/day 수소 생산 가능성 확립
5) 본 연구에서 개발된 가시광 응답형 광촉매인 oxynitride doped $TiO_{2}$(제품명: Nanovis) 사업화 성공
6) 태양광전지-전기화학 하이브리드 시스템 개발·전극 개발
- Anode는 $BiO_{x}$ doped $TiO_{2}$로 고정 후 전이금속이 도핑된 $TiO_{2}$를 cathode로 사용하여 에너지효율 30~50%까지 향상
- 높은 수소발생효율을 보인 $K_{1-x}Ni_{x}NbO_{3}$ 등의 광촉매들을 전극으로 개발 : anode CdS/$K_{1-x}Ni_{x}NbO_{3}$, cathode hex-CdS인 반응기에서 최고 59.5%의 에너지효율을 보임
· $BiO_{x}$/$TiO_{2}$ anode와 stainless steel cathode를 이용한 반응기에서 유기물 분해와 동시에 수소 제조 효율 향상 확인
· 담수 뿐 아니라 해수로부터의 수소 제조 가능성을 확인
- 가시광감응 전이금속 촉매와 바이오촉매를 활용한 수소제조 기술 개발
1) 태양광 감응 수소제조 기술 시스템 구성
· 광촉매의 광감응과 이에 따른 전하쌍 생성/분리력 & 바이오촉매 (엔자임)의 양성자 환원능 결부
· 셀 분리형 시스템: 슬러리 시스템의 단점 극복 및 각 세부기술의 근본적 장단점 부각
· 나노튜브형 $TiO_{2}$ 전극(Anodized tubular $TiO_{2}$ electrode, ATTE) 제조
: 각 셀에 적용, 양극산화법 이용
2) 광어노드의 효율향상을 위한 광어노드전극의 제조
3) 캐소드의 양성자환원능 향상을 위한 엔자임 고정화 방법의 다양
→ 기존 시스템보다 수소제조 효율 향상 (약 235 umol/hr-cm2 ATTE)

Abstract ▼

The water splitting by a direct use of solar radiation has been focused on the development of the advanced photocatalysts and the establishment of a large scale system design will provide the basis of the commercialization in the future. This will play an role of a new growth engine for the employme

The water splitting by a direct use of solar radiation has been focused on the development of the advanced photocatalysts and the establishment of a large scale system design will provide the basis of the commercialization in the future. This will play an role of a new growth engine for the employment and green energy.
The development of photoreactors with fiber optics is a new conceptual trial. The nanocomposite of Q-CdS with host materials in micro pore, mesoporous or supercage structures can contribute to enhance the efficiency of photocatalysts and retard the photocorrosion of CdS. The system design as well as system component studies should be conducted at the same time for the commercialization when considering the low efficiency of hydrogen production rate. The photoelectrochemical system with photovoltaic system utilizing photocatalysts was involved in this study. Free electricity from PV system was utilized to treat waste water and to produce hydrogen at the same time. The theoretical consideration for the utilization of sea water was important.

목차 Contents

• 표지...1
• 제출문 ...2
• 보고서 초록 ...3
• 요약문 ...4
• Summary...8
• CONTENTS...13
• 목차 ...15
• 제1장 연구개발과제의 개요 ...17
• 제1절 연구개발의 필요성 ...17
• 제2절 연구개발의 목적 및 범위 ...18
• 제3절 광촉매 이론 ...19
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...24
• 제1절 국내외 기술 수준 비교 ...24
• 제2절 현 기술 상태 및 국내외 동향에서의 위치 ...25
• 1. 현 기술 상태 ...25
• 2. 국내외 동향에서의 위치 ...28
• 제3절 앞으로의 전망 ...28
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...33
• 제1절 CdS/metal oxide, 광섬유 & TiO2 전극형 수소 제조 시스템 ...33
• 1. CdS/metal oxide ...33
• 2. 금속산화물 혼성물질 (KNbO3) ...51
• 3. 전이금속이온이 함유된 TiO2 ...54
• 4. Anoxic 반응기구 ...60
• 5. 광섬유형 수소 제조 시스템 ...66
• 6. TiO2 전극형 수소 제조 시스템 ...71
• 7. 전이금속이 도핑된 TiO2 전극형 수소 제조 시스템 ...88
• 8. 태양광 전지-전기화학 하이브리드 시스템 개발 ...92
• 제2절 전이금속촉매 & 바이오촉매 수소 제조 시스템 ...104
• 1. 금속담지 TiON 제조/분석 활성평가 ...104
• 2. 일체형 Ti 전극을 이용한 활성평가 ...113
• 3. 광바이오 수소 제조 시스템의 최적화 ...123
• 4. ATTE를 응용한 광환원처리 시스템 ...166
• 5. 결론 ...188
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...191
• 제1절 2단계 . 연차별 연구개발목표, 연구결과 및 달성도 ...191
• 제2절 2단계 . 연처별 세부연구목표, 연구내용과 범위 및 달성도 ...193
• 제3절 관련분야 기여도 ...197
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...198
• 제1절 연구개발 성과의 실용화 ...198
• 1. 국내외 시장 현황 및 전망 ...198
• 2. 사업 성과 ...198
• 제2절 연구개발 성과의 응용잠재력 및 사업화 시의 활용가능성 ...198
• 1. 기술적 잠재력 ...198
• 2. 사업화로서의 활용가능성 ...199
• 제3절 연구개발성과의 산업 . 공공분야 파급효과 ...199
• 1. 산업 분야 ...199
• 2. 공공 분야 ...200
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...201
• 제1절 광촉매 소재 ...201
• 제2절 전기화학적 수소 제조 ...201
• 제7장 참고문헌 ...203