표면 플라즈몬 공명에 기반한 광전기화학적 물 분해 연구

Abstract

현재 사회에서 태양 에너지를 사용 가능한 형태의 에너지로 전환하는 것은 중요한 문제이다. 많은 방법과 기술들 중 광전기화학 물 분해는 태양 에너지를 수소 연료로 바꿀 수 있는 깨끗하고 지속 가능한 방법이다. 수소 형태로 저장된 에너지는 태양 전지를 통한 전기 에너지보다 저장과 운송이 용이하다는 장점을 가진다. 지금까지 이루어진 광전기화학 물 분해 연구는 주로 반도체와 유기 염료들을 이용해서 이루어져 왔으나 좁은 흡광 영역과 불안정성이라는 단점을 효과적으로 해결하지 못했다. 이 문제를 해결하기 위해서 연구자들은 표면 플라즈몬 공명을 이용한 금속 나노 구조의 흡광을 적용하기 시작했다. 하지만 대부분의 연구들이 빛의 흡광과 전하 이동 사이의 구조적 관계를 크게 고려하지 않았다. 본 연구에서는 금의 표면 플라즈몬과 열 전자를 이용한 광전기화학 물 분해 구조를 제안한다. 이 구조들은 주로 박막 공정을 통해 만들어졌으며 빛의 흡광과 전하 이동에 유리한 구조로 설계 되었다. 실험 결과 물 분해를 통해 수소를 안정적으로 발생시킴을 확인하였다. 또한 금의 나노 구조가 물 분해에 미치는 구조적 효과도 연구되었다. 이 연구는 플라즈몬 기반 물 분해 성능을 향상시킬 수 있는 통찰을 주고, 박막 공정을 통한 광전기화학 전지 제작에 대한 가능성을 보여준다.