수소는 탄소중립 연소 생성물(물, 전기, 열) 때문에 화석연료 자원의 친환경 대체재로 각광받고 있으며, 배출 제로 사회의 차세대 연료로 평가받고 있다. 그러나 화석연료는 수소의 주요 공급원이다.
햇빛에 의해 동력을 얻는 물 쪼개기는 환경 친화적이고 지속 가능한 방식으로 수소를 생산하는 한 가지 방법이다. 이 과정은 “광전기화학(PEC) 물 쪼개기”로 알려져 있으며, 유기 태양광 전지 작동의 기초이다. 이 방법은 1) 그리드 시스템이 없는 제한된 공간에서 수소를 대량 생산할 수 있고 2) 태양 에너지를 수소로 고효율 전환할 수 있다는 점에서 매력적이다.
이러한 장점에도 불구하고, 종래의 PEC에 사용되는 광활성 물질은 상업적 환경에 필요한 특성이 부족하다. 유기 반도체(OS)는 고성능과 저비용 인쇄로 인해 상업적인 PEC 수소 생산을 위한 잠재적인 광전극 재료로 부상했다. 그러나 OS는 화학적 안정성이 떨어지고 광전류 밀도가 낮다.
교수가 이끄는 연구팀. 한국의 광주과학기술원의 이상한은 이 문제를 해결했을지도 모른다. 전해액에 노출되는 것을 방지하기 위해, 연구팀은 “금속 포일 캡슐화”라는 기술을 사용하여 백금으로 장식된 티타늄 포일에 OS 광음극을 캡슐화했습니다. 이 기술은 최근의 획기적인 발견에서 “금속 포일 캡슐화”로 알려져 있습니다. 이 기술은 재료 화학 A 저널의 표지에 실렸습니다.
교수는 “금속박 캡슐화는 전해질의 OS 내부 침투를 방해해 장기 안정성을 향상시키는 데 도움이 되기 때문에 장기적으로 안정적인 OS 기반 광음극을 실현하기 위한 강력한 접근법”이라고 설명했다. 리가 설명한다.
연구진은 티타늄 포일 광음극과 잘 분산된 백금 나노입자로 유기 광전지를 만들었다. OS 광음극은 테스트 중 0 VRHE에서 가역 수소 전극(RHE) 대비 1 V의 시작 전위와 -12.3 mA cm-2의 광전류 밀도를 보여주었다. 가장 주목할 만한 것은 셀이 OS의 열화 없이 최대 광전류의 95.4%를 30시간 이상 유지하는 등 전례 없는 작동 안정성을 보였다. 그 팀은 또한 직사광선 아래에서 그 모듈을 실험했고 수소를 생산할 수 있었다.
본 연구의 매우 안정적이고 효율적인 PEC 모듈은 대규모 수소 생산이 가능하며 미래 수소주유소의 혁신적인 경로에 영감을 줄 수 있다. “지구 온난화의 위협이 증가함에 따라, 환경 친화적인 에너지원을 개발하는 것이 중요하다. 우리 연구에서 조사한 PEC 모듈은 수소를 대량 생산해 동시에 판매할 수 있는 수소 주유소에 설치할 수 있다”고 말했다. Lee가 말한다.