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NEW 徐亨卓教授研究组开发出旨在生产氢燃料的新概念太阳能水解光电极
- 2021-06-30
- 6978
2021-05-14
徐亨卓教授研究组成功利用单一材料开发出了氢燃料生产的水分解光电极。预计，该光电极可以作为无公害方式生产氢燃料的低成本、高效率的光电极使用。
徐亨卓教授（新材料工学系，研究生院能源系统系，照片右）表示，开发出了以单一材料为基础的高效太阳能水分解新材料光电极。相关内容以"通过理想的兴奋剂和调节日含数的{{002}面排列的一维钨氧化物的太阳能水分解改善效果(Enhanced solar water splitting of an ideally doped and work function tuned {002} oriented one-dimensional WO3 with nanoscale surface charge mapping insights)"论文，刊登在催化剂领域国际学术杂志《Applied Catalis B: Environmental 》 、 IF=16.683年5月6日网络版上。我校卡拉努尔·桑卡拉（Shankara Kalanur）教授（新材料工程系，照片左）作为第一作者一同参与。
氢气是作为燃料使用后排放水的代表性清洁燃料源，最近作为新一代能源燃料备受关注，在整个产业中正在扩大利用领域。为了生产作为燃料的氢气，主要使用对化石燃料进行改质（reforming）的方式，在此过程中，氢气生产重量的9倍以上的二氧化碳（CO2）也会同时排放。
因此，为了减少具有代表性的温室气体二氧化碳等有害物质的排放，最近对利用电力或太阳能的光电化学性物质分解技术的研究非常活跃。利用太阳能进入半导体光电极时生成的电荷分解水的方式，该方法是不排放二氧化碳的清洁氢气生产方式。但是，与现有的化石燃料改质方式相比，生产效率非常低，一直被认为是局限性点。
为了克服这种低生产效率，关键在于提高光电极在太阳能水解系统中发挥核心作用的光反应特性，确保长期反应耐久性。最近，单一材料光电极在实现这种技术性提高方面存在局限性，因此对堆积各种材料形成光电极的"钛"结构进行了大量研究。但是利用Tandom结构时，由于工艺变得复杂，光电极的特性再现性明显降低，异种材料之间还存在化学不稳定性等各种问题。
徐亨卓教授组注意到了之前被广泛研究，但遇到了效率提高瓶颈的钨氧化物(WO3)光电极。徐教授组发现，如果不使用增加其他材料的异种叠层结构，在单一材料上使用少量(1.14%)的衣特里姆(Y)时，1D钨氧化物纳米罗德的决定方向会对光化学活性较高的{002}面进行排列。研究组为了确保最佳兴奋剂浓度和工程，对数十种情况的不良物质浓度进行了验证，并找到了最佳条件。
研究组确认了以最优条件，在使用伊特里姆(Y)兴奋剂的钨氧化物(WO3)中，光电流将大幅提高200%左右，被催化剂吸收的光电流的氢转换效率达到95%。此外，还确认了极少量的兴奋剂也能减少阻力、电子结构变化、表面日函数变化等多种物理和化学特性。
徐亨卓教授表示:"通过在低价钨氧化物上使用极少量的杂质兴奋剂，成功制造出了以高效率单一材料为基础的纳米结构光电极"，"通过这些，确认了以最高水平的转换效率可以生产氢气，今后将进一步改善稳定性，以实用化为目标，继续进行研究"。
此次研究是在科学技术信息通信部、韩国研究财团主管的基础研究支援事业（基本）和海外优秀新晋人力支援事业的支持下进行的。
(本文出现的所有人名均系音译)