| 그래핀을 이용한 물 광분해 수소 제조 | ||
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 최근, 허페이(合肥)마이크로스케일물질과학국가실험실 교수 뤄이(羅毅)가 이끄는 연구팀은 제1원리계산을 이용하여 최초로 물 광분해 수소제조 저장 일체화 재료 시스템 설계 방안을 제안하였다. 해당 방안은 저원가, 범용성, 수소 저장 안정성 등 장점을 보유하고 있다. 관련된 연구 성과는 최근 "Nature Communications"에 게재되었다. 수소에너지 경제는 20세기 70년대에 제안한 완벽한 지속가능한 에너지 방안으로서 무한한 태양광으로 물을 수소기체와 산소기체로 분해하는 방안이다. 연구팀은 물 광분해 수소제조 과정에서 역반응이 쉽게 일어나고 수소기체 분리 및 저장이 어려운 문제점을 해결하기 위해 모든 기체 및 액체를 차단하지만 양성자만 투과시키는 그래핀 특성을 이용하여 2차원 탄소-질소 재료와 그래핀 기질 재료 복합 형식의 샌드위치구조를 설계하였다. 샌드위치구조 시스템에서 탄소-질소 재료를 2개 층의 기능원자단이 수식하는 그래핀층 사이에 끼워 넣었다. 제1원리계산으로 검증한 결과 태양광 에너지에 의하여 생성된 엑시톤은 신속하게 분리되어 고에너지 전자 및 양공(Electron hole)을 형성함과 아울러 중간층 탄소-질소 재료 및 외부층 그래핀 재료에 전이된다. 그래핀 기질 재료의 활성 위치에 흡착된 물 분자는 태양광 에너지에 의하여 생성된 양공의 도움으로 분열되어 양성자를 생성한다. 생성된 양성자는 탄소-질소 재료 내부에 형성된 전기장 구동작용으로 그래핀 재료를 투과하여 내부의 2차원 탄소-질소재료로 이동하며 또한 전자와 결합된 후 반응하여 수소기체를 생성한다. 그래핀은 수소원자(양성자)만 투과시키고 물 광분해에서 생성된 수소기체를 투과시키지 않으므로 물 광분해에서 생성된 수소기체 분자는 안전하게 샌드위치구조 복합 시스템 내에 저장되어 역반응의 발생을 억제시켰으며 높은 수소 저장률 조건에서의 안전한 수소를 저장을 구현하였다. 해당 시스템은 원가가 낮지만 물 광분해 수소제조 과정에서 역반응의 발생을 교묘하게 억제시켜 효과적으로 수소기체를 정제하였다. 이는 수소에너지 대규모 응용에서 존재하는 수소기체 분리 및 안전한 저장 운송에서의 어려운 이중 핵심문제를 해결하여 수소에너지 경제 시대 진입에 기반을 마련하였다. 정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2017-07/11/content_373458.htm?div=-1 |
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