| 초록 |
근래 화학계에서는 탄소 자원의 고갈, 지구 온난화 그리고 인공광합성에서 CO2 환원 반쪽반응(half cycle)의 완성을 위해 광촉매를 이용한 CO2 환원을 중요하게 생각하였다. Rhenium과 Ruthenium 기반의 금속 착물 중 CO2를 높은 선택성과 광자 효율로 CO나 HCOOH로 환원시키는 광촉매들이 알려졌었다. 그러나 기존 분자 기반의 homogeneous 광촉매는 약한 환원제인 물 속에서 산화 능력의 급격한 감소와 재사용이 제한적이라는 문제점이 있었다. 본 연구에서는 가시광을 이용하여 CO2 환원을 시키기 위해 TiO2 반도체에 흡광체로 유기염료(DMOM, Squaraine dye, and porphyrin dye)와 CO2 환원촉매로 Re(I) complex를 접합시킨 구조를 제시하였다. 광전환 시스템에서 전자 주개 (SD)로는 SDN을 사용하였다. 본 연구에서 가시광 영역인 ≥420 nm 빛을 조사하였을 때, 유기염료가 광자를 흡수하여 들뜬 전자를 TiO2의 conduction band로 넘겨주고 이 전자는 Re(I) complex로 이동하여 CO2가 CO로 전환되는 메커니즘을 제시하였다. 이때 전자를 건네 준 염료는 SDN에 의해 전자를 제공받아 재생되는 구조를 이루고 있다. TiO2는 3 그룹으로 나뉘어 실험이 진행되었으며 결정형의 [001] facet (S-TiO2)와 분말형태의 Hombikat UV-100 (H-TiO2), [001] nanotube (T-TiO2)를 이용하였으며 S-TiO2를 사용하였을 때 가장 높은 광전환 효율을 보였다. 또한 다양한 첨가물을 통한 효율적인 CO 및 H2 발생이 확인되었다. Acetic acid의 처리를 통한 TiO2의 표면상태, Particle size 변화를 확인하고 이를 광반응에 적용시켜 높은 CO 전환 효율을 보았다. TiO2 primary particle과 결합한 형태로 분해되는 유기 흡광체를 확인하고, ALD (Atomic Layer Deposition)을 통해 유기 흡광체의 안정화를 확인했다. |
