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2022년 12월 16일 (금) 00:28 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : NiZnS 광촉매의 수소생산에 구리 도핑이 미치는 영향

영문 : Effect of Copper Doping on the Hydrogen Production of NiZnS Photocatalyst

과제 팀명

삼종접합

지도교수

김정현 교수님

개발기간

2022년 9월 ~ 2022년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학과 2019340014 김주현(팀장)

서울시립대학교 화학공학과 2019340004 권지원

서울시립대학교 화학공학과 2019340009 김수경

서울시립대학교 화학공학과 2016340014 박종현

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 수소 에너지의 수요증가에 따른 기술 연구 개발의 필요성 증가 
◇ 연구를 위한 광촉매 원료와 도핑 재료 선정
◇ NiZnS 광촉매 합성 및 구리 도핑
◇ 광촉매의 수소 생산량 측정 및 비교
◇ 다양한 분석을 통한 원인 조사
◇ 종합적인 결론 도출

개발 과제의 배경

◇ 18세기 영국에서 증기기관이 발명되며 세계적으로 에너지에 대한 수요가 폭발적으로 증가하였다. 증기기관이 발명되어 글로벌 운송망이 형성되었고, 각 기업은 앞다퉈 공장을 설립하기 시작하였다. 물자를 운송하고, 공장의 기계를 돌리기 위해서는 많은 에너지가 필요했고, 이 때 주목받은 것이 바로 화석연료였다. 화석연료는 산업혁명 이전부터 사용되었지만, 산업혁명을 기점으로 사용량이 급격히 증가하였다. 아래의 그림 1에서 볼 수 있듯이, 산업혁명 이전에는 500 TWh 부근에서 머물던 화석 연료 사용량이 현재는 160000 TWh를 돌파하였다. 대략 27배 증가한 것이다. 결론적으로 증기기관의 발달은 세계적인 에너지 수요를 끌어올렸고, 이에 따라 화석 연료의 사용량이 증가하였다.

개발 과제의 목표 및 내용

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계 및 결과

목표 달성을 위한 실험 방법

NiZnS 광촉매 합성 방법

1. Nickel nitrate hexahydrate 0.1396 g 과 Zinc nitrate hexahydrate 4.6172 g 과 Thiourea 2.4358 g 을 weighing하여 160mL DI water에 넣고 solution을 한 시간동안 stirring 시킨다. 2. Solution을 200mL Teflon-lined autoclave로 옮긴 후 heat rate 10℃/min 으로 200℃ 24시간 동안 hydrothermal method로 합성한다. 3. 실온에서 Teflon-lined autoclave를 식힌 후, Solvent와 Solute를 분리한 후에 Solute를 원심분리기를 사용하여 DI water와 Ethanol로 번갈아가며 두 번씩 세척해준다. 4. 60℃에서 얻은 생성물을 24시간동안 건조시킨 후 수득한다.

NiZnS 구리 도핑 진행

1. 위에서 합성한 NiZnS와 Copper nitrate hexahydrate을 하단의 표에 나온대로 weighing하여 80mL DI water에 넣고 solution을 한 시간동안 stirring 시킨다. 2. Solution을 100mL Teflon-lined autoclave로 옮긴 후 heat rate 10℃/min 으로 160℃ 8시간 동안 hydrothermal method로 합성한다. 3. 실온에서 Teflon-lined autoclave를 식힌 후, Solvent와 Solute를 분리한 후에 Solute를 원심분리기를 사용하여 DI water와 Ethanol로 번갈아가며 두 번씩 세척해준다. 4. 60℃에서 얻은 생성물을 24시간동안 건조시킨 후 수득한다.

수소 생산량 측정

1. 광촉매 0.01g과 DI 40 mL를 바이알 병에 넣고 30분간 sonicating 시킨다. 2. 뚜껑이 수정판으로 된 300 mL의 pyrex 용기에 DI 20mL, Na₂S 5.0438 g, Na₂SO₃ 1.8906 g, 그리고 sonicating 시켰던 용액을 넣고 5분간 질소 퍼징하며 stirring한다. 3. Pyrex 용기를 solar simulator를 사용해 AM 1.5G 조건의 광원 하에 수소 생산을 진행한다. 1시간 간격으로 1 mL 용량의 시린지를 사용하여 수소 생산량을 측정한다.

수소 생산 안정성 측정

1. 광촉매 0.01g과 DI 40 mL를 바이알 병에 넣고 30분간 sonicating 시킨다. 2. 뚜껑이 수정판으로 된 300 mL의 pyrex 용기에 DI 20mL, Na₂S 5.0438 g, Na₂SO₃ 1.8906 g, 그리고 sonicating 시켰던 용액을 넣고 5분간 질소 퍼징하며 stirring한다. 3. Pyrex 용기를 solar simulator를 사용해 AM 1.5G 조건의 광원 하에 수소 생산을 진행한다. 1시간 간격으로 1 mL 용량의 시린지를 사용하여 수소 생산량을 측정한다. 4. 4시간동안 측정이 끝난 후, 5분간 질소 퍼징을 진행한 후 다시 3번처럼 수소 생산을 진행한다. 5. 4번을 3번 반복하여 총 16시간동안 수소 생산을 진행한다.

개발 과제 핵심 결과

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 내용
-==설계==
+==설계 및 결과==
-===설계사양===
+===목표 달성을 위한 실험 방법===
-====제품의 요구사항====
+====NiZnS 광촉매 합성 방법====
-내용
+. Nickel nitrate hexahydrate 0.1396 g 과 Zinc nitrate hexahydrate 4.6172 g 과 Thiourea 2.4358 g 을 weighing하여 160mL DI water에 넣고 solution을 한 시간동안 stirring 시킨다.
-====설계 사양====
+. Solution을 200mL Teflon-lined autoclave로 옮긴 후 heat rate 10℃/min 으로 200℃ 24시간 동안 hydrothermal method로 합성한다.
-내용
+. 실온에서 Teflon-lined autoclave를 식힌 후, Solvent와 Solute를 분리한 후에 Solute를 원심분리기를 사용하여 DI water와 Ethanol로 번갈아가며 두 번씩 세척해준다.
+. 60℃에서 얻은 생성물을 24시간동안 건조시킨 후 수득한다.
+====NiZnS 구리 도핑 진행====
+. 위에서 합성한 NiZnS와 Copper nitrate hexahydrate을 하단의 표에 나온대로 weighing하여 80mL DI water에 넣고 solution을 한 시간동안 stirring 시킨다.
+. Solution을 100mL Teflon-lined autoclave로 옮긴 후 heat rate 10℃/min 으로 160℃ 8시간 동안 hydrothermal method로 합성한다.
+. 실온에서 Teflon-lined autoclave를 식힌 후, Solvent와 Solute를 분리한 후에 Solute를 원심분리기를 사용하여 DI water와 Ethanol로 번갈아가며 두 번씩 세척해준다.
+. 60℃에서 얻은 생성물을 24시간동안 건조시킨 후 수득한다.
+====수소 생산량 측정====
+. 광촉매 0.01g과 DI 40 mL를 바이알 병에 넣고 30분간 sonicating 시킨다.
+. 뚜껑이 수정판으로 된 300 mL의 pyrex 용기에 DI 20mL, Na₂S 5.0438 g, Na₂SO₃ 1.8906 g, 그리고 sonicating 시켰던 용액을 넣고 5분간 질소 퍼징하며 stirring한다.
+. Pyrex 용기를 solar simulator를 사용해 AM 1.5G 조건의 광원 하에 수소 생산을 진행한다. 1시간 간격으로 1 mL 용량의 시린지를 사용하여 수소 생산량을 측정한다.
+====수소 생산 안정성 측정====
+. 광촉매 0.01g과 DI 40 mL를 바이알 병에 넣고 30분간 sonicating 시킨다.
+. 뚜껑이 수정판으로 된 300 mL의 pyrex 용기에 DI 20mL, Na₂S 5.0438 g, Na₂SO₃ 1.8906 g, 그리고 sonicating 시켰던 용액을 넣고 5분간 질소 퍼징하며 stirring한다.
+. Pyrex 용기를 solar simulator를 사용해 AM 1.5G 조건의 광원 하에 수소 생산을 진행한다. 1시간 간격으로 1 mL 용량의 시린지를 사용하여 수소 생산량을 측정한다.
+. 4시간동안 측정이 끝난 후, 5분간 질소 퍼징을 진행한 후 다시 3번처럼 수소 생산을 진행한다.
+. 4번을 3번 반복하여 총 16시간동안 수소 생산을 진행한다.
-===개념설계안===
-내용
-===이론적 계산 및 시뮬레이션===
+===개발 과제 핵심 결과===
-내용
-===상세설계 내용===
 내용