초록 ▼

세부 목표는 크게 세 가지로 나눌 수 있는데, 첫 번째 목표는 양자점/나노선 이종구조 합성이다. 이종구조 중 나노선은 ZnO와 TiO2를 사용하였는데 ZnO 나노구조는 본 연구팀이 특허기술로 보유하고 있는 저온 용액합성법을 이용하여 제작하였으며, 다양한 TiO2 나노구조는 과제를 진행하며 새로 개발하였다. 또한 가시광의 효과적 흡수를 위해 작은 밴드갭 에너지를 가지고 뼈대인 나노구조와 type-II 밴드구조를 이루어 효율적인 전자-정공의 분리를 이룰 수 있는 물질들을 양자점으로 이용해 이종구조를 개발하였다. 이성분계 물질로는 CdS

세부 목표는 크게 세 가지로 나눌 수 있는데, 첫 번째 목표는 양자점/나노선 이종구조 합성이다. 이종구조 중 나노선은 ZnO와 TiO2를 사용하였는데 ZnO 나노구조는 본 연구팀이 특허기술로 보유하고 있는 저온 용액합성법을 이용하여 제작하였으며, 다양한 TiO2 나노구조는 과제를 진행하며 새로 개발하였다. 또한 가시광의 효과적 흡수를 위해 작은 밴드갭 에너지를 가지고 뼈대인 나노구조와 type-II 밴드구조를 이루어 효율적인 전자-정공의 분리를 이룰 수 있는 물질들을 양자점으로 이용해 이종구조를 개발하였다. 이성분계 물질로는 CdS, CdSe, CuS, 삼성분계 물질로는 구리, 인듐, 셀레늄의 화합물인 CIS 양자점을 합성하여 이종구조를 제작하였다.
두 번째 목표는 광전기화학 시스템 구축 및 광전류 특성과 물 분해 특성 분석이다. 기 합성된 양자점/나노선 이종구조를 광전극으로 활용하여 3전극 광전기화학(PEC) 시스템을 구축하였다. 제작한 PEC 시스템을 이용하여 다양한 양자점/나노선 전극들의 광전류-전압 특성, 광화학적 안정성, 수소생산량 등을 측정하였다. 합성된 나노선 광전극과 양자점/나노선 이종구조 광전극은 PEC 특성에서 많은 차이를 보였는데 이는 나노선 광전극은 가시광선을 효과적으로 흡수할 수 없으나, 이종구조 광전극은 작은 밴드갭의 양자점으로 인해 효과적 가시광 흡수가 이루어지며 이상적 밴드구조를 통해 전자-정공 쌍의 효율적인 분리가 가능하기 때문이다.
세 번째 목표는 전기화학적 계면특성 분석을 통한 문제점 도출 및 최적화이다. 제작된 이종구조 광전극의 계면에서의 전하 이동특성을 분석하고, QCM을 이용해 양자점 광부식의 메커니즘을 파악하였다. 안정성 문제를 해결하고 소자를 최적화하기 위해서 ZnS, Al2O3 등의 passivation 층을 증착하고 IrOx, NiOOH, CoPi 등의 조촉매를 사용하였다. Passivation 층은 전해질과 양자점의 반응을 차단하여 광부식 억제를 통해서 안정성을 증가시켰다. 조촉매의 경우 흡광물질에 축적될 수 있는 정공들을 추출해줘서 전자-정공의 재결합을 억제해주었으며, 수소 생산 또는 산소 생산에 필요한 over potential을 줄이고 생산 효율을 높이는 역할을 하였다.
(출처: 연구결과 요약문 4p)

Abstract ▼

The first goal is fabrication of quantum dot/nanowire hetero-nanostructure. The ZnO and TiO2 were used for preparation of nanowire structure, and they were fabricated via simple and low-temperature solution-based methods. The quantum dots which have a small band gap to absorb visible light and type-

The first goal is fabrication of quantum dot/nanowire hetero-nanostructure. The ZnO and TiO2 were used for preparation of nanowire structure, and they were fabricated via simple and low-temperature solution-based methods. The quantum dots which have a small band gap to absorb visible light and type-II band alignment to facilitate separate photogenerated electron-hole pairs were synthesized. CdS, CdSe, CuS, CIS quantum dots were used for fabrication of the hetero-structures.
The next goal is development of three electrode photoelectrochemical(PEC) system and measurement of photocurrent and water splitting properties. PEC properties such as the photocurrent-voltage (I-V), incident photo-to-current efficiency(IPCE), stability, and amount of generated gas of fabricated hetero-structures were measured. The heterostructure photoanode showed enhanced PEC properties compared to nanowire photoanode, due to effective absorption of visible light and efficient separation of electron-hole pairs.
The last goal is investigation of interfacial charge carrier dynamics in PEC system and optimization. The ultrafast spectroscopy measurement was performed to elucidate interfacial charge carrier dynamics and deduce problems. Passivation layer(ZnS, Al2O3,, etc) was used to enhance stability, and catalysts(IrOx, NiOOH, CoPi, etc) were utilized to reduce overpotential and release photogenerated holes accumulated on the surface of quantum dots that resulted in suppression of electron-hole recombination
(출처: Summary 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 8 5. 연구결과의 활용계획 ... 9 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 9 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 9 8. 참고문헌 ... 10 9. 연구성과 ... 10 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설.장비 현황 ... 20 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 20 12. 기타사항 ... 21별첨1 대표연구성과 ... 22별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 32끝페이지 ... 41