수소생산을 위한 광촉매인 TiO2에 대한 연구와 최근 동향

소개

최근에 가장 많이 사용되고 있는 화석연료는 그 매장량의 한계가 있고 또한 매년 화석연료의 사용량이 증가함에 따라 늘어나는 이산화탄소 배출량으로 인해 온실효과 및 기상이변의 문제점들이 속출되고 있다. 이러한 문제점 때문에 새로운 대체 에너지에 대한 필요성이 부각되고 있고 그 후보들 중에 친환경적인 수소에너지가 각광받고 있다.
석유경제체제에서 수소경제체제로 전환하기 위해 수소를 생산 방법에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 현재 대부분의 수소 생산은 화석연료에 의존하고 있으나 화석연료의 사용은 카본의 형태로 얻지 못한다면 다시 온실가스의 배출과 환경오염을 유발하기 때문에 수소에너지로 대체하고자 하는 궁극적인 목표에 맞지 않는다.
수소를 생산하는 기술 중 광촉매를 이용한 방법은 무공해인 태양에너지를 이용하기 때문에 효율면에서는 아직 낮지만 앞으로의 가능성을 보여준다. 따라서 광촉매 중 TiO2가 수소생산의 상용화를 위한 촉매로서 언급되고 있다.

목차

1. 서 론

2. 본 론
(1) TiO2란

(2) 광촉매로서의 TiO2
1) 광촉매의 개념 및 분류
2) 광촉매의 반응원리
3) 광촉매의 조건과 TiO2의 장점

(3) TiO2를 이용한 수소생산
1) TiO2를 이용한 수소생산의 매커니즘과 개선 방안

(4) 수소생산을 위한 TiO2의 연구동향
1) 재결합 반응속도 조절에 대한 연구
1-1) 전자-정공의 재결합 속도조절
1-2) 수소와 산소의 재결합 속도조절
2) 밴드갭 조절을 위한 연구
2-1) 금속 이온 도핑
2-2) 음이온 도핑
3) 가시광선을 이용하기 위한 연구
3-1) 염료 감응
3-2) 혼합 반도체

3. 결 론
4. 참고문헌

본문내용

에너지 부족 문제를 해결하고 이산화탄소 발생으로 인한 지구 온난화 현상 등 여러 가지 환경오염 문제 해결을 위해 대표적인 대안으로 수소경제체제가 주목받고 있다.
수소의 원료인 물이 많고, 연소하더라도 연기를 뿜지 않는 등 수소는 미래의 무공해 에너지원으로서 중시되며, 인류 궁극의 연료로 지목되고 있다. 또한 화석연료와 같은 방법으로 저장, 수송할 수 있으며 현재의 천연가스 저장, 수송의 기반시설을 그대로 활용할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 연료전지 뿐만 아니라 가스터빈, 연소기, 내연기관 등 다양한 기기에 적용이 가능하며 이를 위해서는 경제적인 수소생산 기술이 뒷받침 되어야한다.
태양에너지에 의한 수소의 생산이 경제적 경쟁력만 갖추게 되면 수소는 무한대의 무공해 사이클을 이루는 에너지로 사용될 것이다. 본 논문에서는 이 때 광전기화학을 수소생산에 이용하기 위해 광촉매인 TiO2를 기반으로 수소생산의 원리와 앞으로 개선해야할 점, 현재 연구동향 등에 대해 자세히 알아보고자 한다. ...



(4) 최근 TiO2의 연구동향
1) 재결합반응속도 조절에 대한 연구
1-1) 전자-정공의 재결합 속도조절
Figure 3를 참고하면 광자로부터 여기된 전도띠의 전자와 가전자띠의 정공의 재결합이 도체보다는 느리지만 이루어지기 때문에 물의 분해로부터 수소를 생산하기가 어렵다. 이에 대한 방안으로 전자 주개(electron donor)를 첨가하여 가전자띠의 정공과 비가역적으로 반응하여 전도띠의 전자와 가전자띠의 정공이 재결합할 확률을 줄이고자 한다.
먼저 탄화수소등의 유기화합물를 첨가하는 방법이 있다.
이는 여기된 전도띠의 전자와 가전자띠의 정공이 재결합하기 전에 유기화합물이 가전자띠의 정공에 의해 산화되면서 자신을 소모시키고 이 때 전도띠의 여분의 전자는 양자를 수소 분자로 환원시킨다. 유기화합물에는 EDTA, 메탄올, 에탄올, CN-, 젖산 등이 있으며 수소의 생산을 촉진 시키는 것으로 알려져 있다. 앞서 제시한 탄화수소는 전자주개의 역할도 하지만 자신이 분해되면서 수소를 생성하기도 하기 때문에 높은 수소생성의 수율을 나타낸다. Figure 6는 유기화합물에 따른 수소생산의 비를 정량적으로 나타내고 있다. 이처럼 전자주개는 광촉매 반응이 진행되면서 소비되기 때문에 지속적으로 주입시켜 주어야하는 단점이 있다. 하지만 오염물일 경우에는 장점이 될 수 있다. formic ...

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