장지욱 연구실

금속-유기 할라이드 페로브스카이트(MHPs)는 강한 광흡수, 조정 가능한 밴드갭, 긴 캐리어 확산 길이 등의 우수한 광전자 특성으로 인해 태양에너지 변환에 주목받고 있습니다. 본 리뷰는 광전화학적 수소 생산을 위한 페로브스카이트 기반 광전극의 최근 진전을 다루며, 재료 조성, 구조 공학, 계면 조절을 중심으로 광전극 설계 및 최적화 전략을 논의합니다. 외부 전력 없이 태양 구동 물 분해를 가능하게 하는 무편향 광전화학 시스템의 최근 개발도 검토합니다.

염료 감응 광전기화학 전지의 성능 향상을 위해 백금 스퍼터링된 니켈 포일 내에 염료 감응 TiO2층과 산화환원 매개체를 캡슐화한 캐스케이드형 광전극을 개발했습니다. 이 설계는 효과적인 광변환과 니켈 촉매 수 산화를 가능하게 하며, 물 분해에서 0.72 V (RHE)에서 14.0 mA cm⁻² 광전류, 98% 패러데이 효율, 30시간 광안정성을 달성했습니다.

본 연구는 유기태양전지의 정공수송층으로 염화루테늄(RuCl₃)을 도입하고 어닐링 온도의 영향을 조사합니다. 100°C에서 처리된 RuCl₃는 18.02%의 전력변환효율을 달성했으며, 1724시간의 1-sun 조사 후 80.3%, 85°C 열응력 692시간 후 73.7%의 초기효율을 유지하여 기존 정공수송층보다 우수한 안정성을 보입니다. 광음극 적용 시 14.9 mA cm⁻²의 광전류와 5시간의 T₈₀를 나타냅니다.

본 연구는 태양광과 외부 전원 없이 포름알데히드 산화와 산소 환원을 통해 현장에서 과산화수소를 생성하고, 이를 티타늄 실리케이트-1 촉매와 결합하여 프로필렌 산화물을 지속적으로 생산하는 시스템을 개발했습니다. 티타늄 실리케이트-1에 Ti-O-Ti 결합을 가진 이핵 티타늄 사이트를 도입하여 알칼리 조건에서 효율적인 프로필렌 에폭시화를 달성했으며, 24시간 동안 1657 μmol_PO cm^-2의 프로필렌 산화물을 생산했습니다.

본 연구는 산소발생반응(OER)과 산소환원반응(ORR)을 위한 이중기능 전기촉매를 개발합니다. 고전단 박리를 통해 OER 및 ORR 활성 성분을 풍부한 고정 위치를 가진 탄소 기반 전도성 기질에 통합한 헤테로구조 촉매는 0.63 V의 극히 낮은 과전압 차이를 달성하며, 아연-공기 배터리 응용에서 1569 mW cm⁻² 피크 전력 밀도와 300시간(1800 사이클) 이상의 우수한 순환 안정성을 제공합니다.