이종접합 밴드갭 설계를 통해 광수확 효율을 획기적으로 높인 광촉매를 제조하고 귀금속을 사용하지 않는 입자형 광촉매의 1) 수소생산효율 10 mmol/g·h 달성, 2) 광촉매를 광전극으로 제조하여 전류밀도 10 mA/cm2 (@1.23VRHE) 달성, 3) 광전극 대면적화에 따라 소면적 대비 최대 광전류밀도 50% 달성.

본 과제는 복합광촉매와 광전극을 활용해 빛으로 전기를 만들고 에너지를 저장하는 기술을 높이는 연구임. 연구 목표는 효율적인 복합광촉매 개발로 광전기화학적 에너지 생산 능력 극대화에 있음. 복합구조 및 다성분계 광촉매를 이용해 광전극을 제조하고, 광전기화학적 특성, LSV, ABPE, Chronoamperometry, Impedance spectrocopy를 통해 전하 분리·이동, 전류밀도, 광부식 저항성, 저항 특성을 평가하는 내용임. 이를 통해 차세대 ESS 관련 기술의 효율 향상, 기초현상 이해, 산업적 응용 가능성 확보 기대됨.

본 과제는 태양광을 이용해 전기를 만들고 저장하는 다성분계 광촉매·광전극 기술 개발 연구임. 연구 목표는 밴드갭 엔지니어링 기반 전하 분리 효율 향상 광촉매 개발, 이를 활용한 광전기화학 반응용 광전극 특성 향상, 광에너지 저장 시스템 구축 및 효율 향상에 있음. 핵심 내용은 ZnS core-ZnO shell, 금속도핑 등으로 charge separation과 interfacial charge transfer를 높이고, 스핀코팅 기반 다종 접합 광전극 제작, LSV·ABPE·Chronoamperometry·Impedance spectroscopy로 특성 평가, 저장·회수 특성 및 장기사용 안정성 확보에 있음. 기대 효과는 차세대 ESS 핵심 원천기술 확보, 에너지 저장 효율 향상, 학문적·산업적 기여 및 독자적 에너지 확보 기반 마련임.

본 과제는 복합구조 입자제조, 전지화 기술, 양자 계산을 바탕으로 광전기화학 수전해용 광전극을 최적화해 차세대 친환경·고효율 수소생산 기술을 발굴·개발하는 연구임. 연구 목표는 photo-(electro-)cell 전극 물질 한계를 조사해 새로운 cathode/anode 복합구조 후보군을 선정하고, 양자 계산과 실험 검증으로 표준태양광원에서 입자형 광촉매 STH 7% 또는 5000μmol/g.h 달성, photo-(electro-)cell 수전해 안전성 연속생산 1000h 확보를 목표로 함. 핵심 연구 내용은 photocathode에서 band gap engineering과 z-scheme구조 물질 확보, photoanode에서 비귀금속 산화촉매 선정·융합개질·나노화, Explicit solvation model 기반 band bending·반응기구 규명 및 데이터베이스화로 전극 핵심 인자 최적 설계를 수행함. 기대 효과는 에너지 절감 합성 기반 비귀금속 전극으로 경제성 확보, 오염 저감 고효율 광감응소재의 물산업 파급 및 촉매소재 인력 양성 기여로 확장됨.