| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2020년 가을 (11/18 ~ 11/20, 휘닉스 제주 섭지코지) |
| 권호 | 26권 1호 |
| 발표분야 | E. 환경/센서 재료 분과 |
| 제목 | 산소발생용 Cobalt-phosphate(Co-pi) 촉매를 이용한 질화갈륨계(GaN) 광전극 개발 |
| 초록 | Abstract 광전기화학적 물분해에서 광전극으로 이용되는 GaN은 전해질에 대해 높은 안정성을 가지고 있으며 물의 산화환원 준위를 포함하고 있어 외부전압 없이 물분해가 가능하다. 그러나 GaN 광전극의 경우, 재료 자체의 효율이 낮아 상용화하기에는 부족한 실정이다. 광전극의 효율을 향상시키기 위한 방법으로는 광흡수량을 증가시키는 방법, 표면적을 넓혀 반응면적을 늘리는 방법, 조촉매를 이용하여 효율을 높이는 연구 등이 있다.1) 기존에 사용되는 여러 조촉매 중 이리듐(Iridium), 루세늄(Ruthenium) 등의 귀금속류의 촉매는 가격이 비싸다는 단점이 있다. 하지만 Cobalt-phosphate(Co-pi)는 지구상에 매우 풍부하고 가격이 저렴하며, 내구성이 뛰어나다는 장점을 가지고 있어 조촉매를 이용한 연구에 자주 응용되고 있다.2) 따라서 본 연구에서는 광전기증착(Photoelectro-deposition)법으로 산소발생 촉매 Co-pi를 GaN에 증착시킨 광전극을 개발하였다. Co-pi 촉매 증착 후 SEM(Scanning Electron Microscope), EDS(Energy-dispersive X-ray spectroscopy), XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)분석을 진행하여 Co-pi의 증착 여부 및 증착 정도를 확인하였다. Co-pi를 증착 시킨 GaN의 광전극의 PEC 특성을 확인한 결과, 향상된 광전류밀도 값을 얻을 수 있었다. 향상된 원인을 밝히기 위하여, 임피던스 및 Mott-Schottky 측정을 진행하였고, 측정 결과, Co-pi 촉매 증착 후 분극저항(Rp)의 감소와 donor 농도(ND) 의 증가를 확인하였다. 이는 Co-pi 촉매가 전하전달을 원활하게 하며 전하 전자 separation을 향상시켰다는 것을 의미한다. 이를 통해, Co-pi가 GaN의 효율 향상을 위한 산소발생 촉매로서 효과가 있음을 확인하였고, 다른 광전극에 촉매로써 적용시켰을 경우, PEC 시스템의 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. Reference (1) J. Yang, D. Wang, H. Han, and C. Li, Accounts of chemical research, 46(8), 1900 (2013). (2) Y. Surendranath, M. Dinca, and D. G. Nocera, “Electrolyte-dependent electrosynthesis and activity of cobalt-based water oxidation catalysts”, Journal of the American Chemical Society, 131(7), 2615 (2009). |
| 저자 | 성채원, 배효정, Vishal Vilas Burungale, 강순형, 류상완, 하준석 |
| 소속 | 전남대 |
| 키워드 | Gallium nitride; Photoelectrode; Oxygen Evolution Catalyst; Water splitting; Co-phosphate; Deposition; Photoelectrochemistry; Hydrogen generation |
