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2023년 12월 17일 (일) 23:50 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 수소 생산 능력 향상을 위한 광촉매 합성 및 광학적 특성 연구

영문 : A Study on Photocatalytic Synthesis and Optical Properties to Improve Hydrogen Production Capacity

과제 팀명

퓨토닉스

지도교수

김정현 교수님

개발기간

2023년 9월 ~ 2023년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학과 20183400** 한*영(팀장)

서울시립대학교 화학공학과 20183400** 공*석

서울시립대학교 화학공학과 20183400** 서*준

서울시립대학교 화학공학과 20183400** 오*영

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 현대 사회는 지속 가능한 개발을 위한 친환경적인 기술이 대두되고 있다. 탄소 중립이 주요 화두인 현재, 광촉매는 친환경적 에너지 자원으로 촉망받는 수소를 생산하며, 대표적인 온실가스인 이산화탄소를 다른 물질로 바꿀 수 있어 각광받는 기술 중 하나이다.

◇ 광촉매는 20세기 후반부터 현재까지 단일 물질 형태에서 다양한 물질의 이종접합체(heterojunction) 형태로 발전해왔으며, 이러한 발전은 광촉매의 효율 증대 및 수명 향상을 야기했다.

◇ 다양한 반도체 물질을 활용한 이종접합은 고효율의 전자이동 경로 양상인 Z-scheme 형태를 보이는 경우가 많으며, 성능이 뛰어난 광촉매를 만들기 위해서는 이러한 Z-scheme을 구현하는 것이 중요하다.

◇ 고효율의 광촉매 설계를 위해서는 원하는 반응을 위해 사용할 반도체 물질의 Band의 Energy Level과 Band Gap, 페르미 준위 등을 고려하여 설계하여야 한다.

◇ 기존 CdS/g-C3N5를 열처리하여 CdO를 추가로 생성한 삼종접합 구조를 통해 전자 정공 재결합을 줄여 수소 생산성을 향상시킨다.

개발 과제의 배경

◇ 화석연료의 고갈 및 화석연료 사용으로 인한 다양한 환경 문제로 새로운 에너지원에 대한 중요성이 커졌다. 그 중 태양 에너지는 무한한 친환경 에너지원이기에 태양 에너지를 활용한 친환경적인 기술인 태양광 물 분해에 대한 관심과 연구가 지속적으로 증가하고 있다.

◇ 광촉매 재료로 다양한 물질이 연구되고 있고 그중 CdS는 적당한 band gap(~2.4eV)을 가지고 있다. 하지만 순수한 CdS는 전자 정공 재결합 가능성이 높은 단점을 가지고 있어 이를 보완하기 위해 g-C3N5와 접합시켜 CdS/g-C3N5 코어-쉘(Core-Shell) 이종접합(heterojunction)구조 광촉매를 합성한다.

◇ CdS/g-C3N5를 적당한 온도로 열처리한다면 삼종접합 구조를 통해 전자 정공 재결합 가능성을 낮춰 광촉매의 수소 생산량이 증가할 것이다.

◇ 삼종접합 구조를 가진 광촉매를 통해 수소 생산량이 증가해 궁극적으로 환경오염을 줄일 수 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

내용

구성원 및 추진체계

내용

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

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ====개발 과제의 배경====
-내용
+◇ 화석연료의 고갈 및 화석연료 사용으로 인한 다양한 환경 문제로 새로운 에너지원에 대한 중요성이 커졌다. 그 중 태양 에너지는 무한한 친환경 에너지원이기에 태양 에너지를 활용한 친환경적인 기술인 태양광 물 분해에 대한 관심과 연구가 지속적으로 증가하고 있다.
+◇ 광촉매 재료로 다양한 물질이 연구되고 있고 그중 CdS는 적당한 band gap(~2.4eV)을 가지고 있다. 하지만 순수한 CdS는 전자 정공 재결합 가능성이 높은 단점을 가지고 있어 이를 보완하기 위해 g-C3N5와 접합시켜 CdS/g-C3N5 코어-쉘(Core-Shell) 이종접합(heterojunction)구조 광촉매를 합성한다.
+◇ CdS/g-C3N5를 적당한 온도로 열처리한다면 삼종접합 구조를 통해 전자 정공 재결합 가능성을 낮춰 광촉매의 수소 생산량이 증가할 것이다.
+◇ 삼종접합 구조를 가진 광촉매를 통해 수소 생산량이 증가해 궁극적으로 환경오염을 줄일 수 있다.
 ====개발 과제의 목표 및 내용====
 내용