프로젝트 소개
본 과제는 태양빛을 이용해 물에서 친환경 수소를 생산하는 광촉매를 개발하는 연구임. 반도체와 공유 유기 프레임워크(COF)를 결합하고, 촉매 표면에 단일 원자 활성 부위를 배치하여 빛에너지를 수소에너지로 효율적으로 전환하는 기술에 해당함.
연구 목표는 반도체(TiO2, g-C3N4)와 COF의 조합을 최적화하고, 단일 원자 공동 촉매를 고정하여 태양열-H2 변환 효율을 극대화하는 데 있음. 핵심 연구 내용은 반도체/COF 헤테로 접합의 밴드 갭과 전기적 접합을 조절하고, 반도체의 형태 및 표면을 제어하는 것임. 또한 비 귀금속 단일 원자 활성 부위의 전자·기하학적 구조를 분석하고, 박막 COF 증착·결함 공학·계면 공학을 활용한 저비용 대량 생산 전략을 검토함. 원자가 밴드 XPS, FP-TRMC, TRTS를 이용해 전자 밴드 구조와 전하 이동도를 측정함. 기대 효과는 광흡수와 전하 분리 성능 향상, 상용화 목표인 10% 이상의 태양열-H2 변환 효율 달성 가능성 확보 및 친환경 수소 대량 생산 기반 마련임. 에너지 시스템 탈탄소화와 에너지 분야 경쟁력 강화에도 기여할 것으로 기대됨.