외부자기장으로 광촉매 어셈블리 조정

흡수되는 빛의 양과 촉매효율 극대화로 수소생산효율 향상

자연과학대학 화학과 이재범 교수 연구팀이 광전기화학 물분해용 새로운 광전극 촉매를 코어-쉘 니켈 도핑 자성체 나노막대 소재에 통합하는 데 성공했다. 

이번 연구 성과는 최고 수준의 다학제 학술지 ‘Small’(IF: 15.153)에 6월 27일자로 게재됐다. 이번 연구는 충남대 마헨드라 고다티 박사과정생이 제1저자로, 이재범 교수가 교신저자로 참여했다. (논문 제목: Rugged Forest Morphology of Magnetoplasmonic Nanorods that Collect Maximum Light for Photoelectrochemical Water Splitting)

연구팀은 이번 연구를 위해 두 단계에 걸쳐 코어-쉘 자성체 나노막대를 순차적으로 합성하는 수열 처리를 진행했다. 특히 자기장을 이용하여 마그네토플라즈모닉 나노입자를 유도해 매우 정교한 어셈블리를 FTO 유리 위에 울퉁불퉁하게(마치 거친 숲처럼) 장식함으로써 빛 흡수와 활성 전기화학 부위를 극대화했다. 

그 결과, 연구팀이 개발한 거친 나노 막대 어셈블리 표면은 정공 전달 매체로써 더 많은 활성 부위와 산소 공백을 제공해 효과적인 물분해로 수소발생을 향상 시켰다. 

또한, 니켈이 도핑된 코어-쉘 자성체 나노막대 광음극을 적용한 광전기화학 전지는 별도의 희생 시약 없이도 광전기화학 물분해에서 산소 발생 반응을 일으킬 수 있다는 결과를 얻었다.

한편, 이 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 진행됐다.

□ 논문 링크: https://doi.org/10.1002/smll.202302980