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2019년 12월 9일 (월) 01:06 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : g-C3N4/Cu2O/CuO 광촉매의 Z-scheme을 통한 광활성 전자 증대를 통한 물로부터의 수소생산
영문 : Enhancing photoactive electrons in Z-scheme assisted g-C3N4/Cu2O/CuO photocatalysts for reductive water splitting to hydrogen
과제 팀명
수소폭탄
지도교수
김정현 교수님, 문홍철 교수님
개발기간
2019년 9월 ~ 2019년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 강**(팀장)
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 정**
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
◇ g-c3n4 nanosheet의 구현
◇ g-c3n4 nanosheet의 제조 방법에 따른 특성 확인
◇ g-c3n4/Cuo/Cu2o 의 제조 방법 간소화
◇ 해당 복합 광촉매의 수소 생산성 확인 및 기존 광촉매와의 비교
개발 과제의 배경
◇ 광촉매(photocatalyst)란 태양 에너지 중 태양광 에너지를 화학에너지로 바꿀 수 있는 촉매를 말한다.
◇ 가시광선 영역의 에너지를 사용하려면 띠 간격이 3 eV 이내의 에너지가 필요하지만 대부분의 물질들이 띠 간격이 커서 활성이 가능한 빛의 파장이 자외선 영역대로 제한된다.
◇ 띠 간격이 작은 단일 물질로 광촉매를 구성할 경우, 에너지를 받아 분리가 된 전자와 정공이 재결합(photo-recombination)이 많이 일어나게 된다. 따라서 활성 전의 촉매 상태로 돌아가게 되어 촉매로서의 기능을 완전히 발휘할 수 없다.
◇ 본 연구의 핵심 과제는 광촉매 자체가 가지고 있는 사용상의 제약조건과, 광촉매가 기능하는 과정에서 내재되어 있는 문제 두 가지가 물 분해를 이용한 기술사용에 있어 큰 난점을 해결하는 것이다.
◇ g-C3N4, Cu2O, CuO를 이용해 복합구조를 합성하여 이러한 문제점을 해결하고자 한다.
개발 과제의 목표 및 내용
◇ g-C3N4 nano sheet type 중 가장 비표면적이 높은 종류를 선정
◇ 가시광선 영역의 흡수율을 높이는 광촉매 구조 제안
◇ 복합 광촉매의 밴드갭 구조 분석과 재결합 방지에 미치는 영향 탐구
◇ 우수한 수소 생산성을 가지는 최적의 비율을 선정(산소 분압, CuS 함량)
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
내용
- 특허조사 및 특허 전략 분석
내용
- 기술 로드맵
내용
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
◇ 실제 태양광 하에서 물 분해 수소생산 효율을 극대화하여 산업적 응용이 불가능한 것을 극복할 수 있다.
◇ 수소 생산 외에도 유기물 분해 등의 친환경적 분야에도 응용이 가능할 것으로 보인다. 현재 광촉매 유기물 분해 연구는 미세먼지와 대기오염물질 분해 기능을 할 수 있으며, 해당 기능을 하는 제품으로는 페인트 와 공기청정기로 상용화되어 있는 단계이다.
◇ 예를 들어 천안시의 발표에 따르면 광촉매 공기정화의 경우 질소산화물 저감 효과에 대한 실험실 평가 결과, 약 20분 정도 경과한 후 질소산화물이 42.8%의 감축효과를 보인 것으로 나타났다. 이처럼 광촉매는 실제 환경에 대입되어 효과를 거둘 정도로 기술적 발전을 이룬 단계이며 이후 지속적인 개선을 통해서 기술적 응용이 다양하게 나타날 것으로 예측된다.
◇그 뿐만 아니라 염료 등의 코팅 강화에도 사용 될 수있다.
◇광촉매 제조 시 기존 g-C3N4, Cu2O 합성 과정에 비해 생산 과정을 간소화한다.
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
◇ 물과 태양광은 지구 어디든 존재하기 때문에 화석연료 매장의 지역적 한계를 벗어날 수 있다.
◇ 우리나라의 경우, 높은 해외 에너지 수입 의존도를 낮출 수 있다.
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
구성원 및 추진체계
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
