고효율 및 소자의 장기 안정성을 특성으로 하는 “스핀-그린 수소 생산 시스템”은 인가 전압 없이 광전기화학 물 분해 텐덤 소자를 기반으로 하며, 적층형 구조를 통해 CISS 현상을 효과적으로 제어할 수 있는 카이랄 페로브스카이트 재료를 포함한다. 카이랄 페로브스카이트는 재료 고유의 카이랄성으로 인해, 선택적인 스핀 투과현상을 보이지만, 수분에 대한 불안정성으로 인해 그 간 물 분해 소자로의 적용이 제한되어 왔다. 본 연구단은 우수한 카이랄 페로브스카이트의 광전기화학 특성 및 스핀관련 물성을 물분해 시스템에 적용하고자, 하이드로젤을 기반으로한 새로운 개념의 보호층을 함께 개발하려고 한다. 또한 물 분해 과정 내에서의 스핀의 평행 상태를 유지하여, 부 반응을 원천적으로 억제하여 물 분해 소자의 장기안정성을 확보하며, 대체 산화반응의 탐색을 통해 부가가치 생산물의 수득이나 오염물질의 제거와 같은 다 기능 스핀-그린 수소 생산 시스템을 구현하고자 한다. 단계별 연구개발 내용은 다음과 같다. ○ 1단계 (3차년) : 수분 안정성을 확보한 카이랄 페로브스카이트 재료 기반 스핀제어 시스템의 개발 광학 특성 분석 및 전자 궤도함수 이론을 통한 카이랄 페로브스카이트의스핀에 따른 전하 거동 원인 규명 카이랄 페로브스카이트 재료를 수분 내에서 보호하기 위한 하이드로젤을 기반으로 한 신개념 보호층 제작 ○ 2단계 (3차년) : CISS 현상을 기반으로 한 “스핀-그린 수소 생산 시스템”의 구현 스핀제어소자 + 광전기화학 물 분해 소자 접목을 통한 인가 전압 없는 고효율의 수소 생산 시스템 구현 스핀 제어를 통한 원천적인 부반응의 억제 및 장기 안정성 확보: STH > 10%, 소자 장기안정성 > 100시간 ○ 3단계 (3차년) : 대체 산화반응 탐색 및 적용을 통한 다 기능성 “스핀-그린 수소 생산 시스템”의 개발 분자 구조 설계 및 구조 변화를 통한 CISS 효율의 비약적인 향상 도모 양자 이론 및 심층 분석을 통한 광자-스핀 상호작용의 규명 산화반응의 과전압을 줄이기 위한 대체 산화반응 탐색 연구 다 기능성 “스핀-그린 수소 생산 시스템”을 통한 고효율 고안정성 수소 생산: STH > 18%, 시스템 장기안정성 > 500시간