물을 분해하여 수소를 생산할 수 있는 새로운 접근법이 제시되었다.

한국연구재단은 이상한 교수(광주과학기술원)·장호원 교수(서울대) 연구팀이 자체적으로 +, -극을 가지고 있는 강유전체의 분극 값이 클수록 광 전류 밀도가 높아진다는 사실을 최초로 실험으로 밝혀 고효율의 물 분해 수소 생산을 위한 또 다른 접근법을 제시했다고 28일 발표했다.

지구에 존재하는 대부분의 물질은 내부에 전기적인 극(+, -전극)이 없다. 하지만 차세대 비휘발성 메모리 소자로 각광을 받고 있는 강유전체는 자체적으로 극을 가지고 있다. 이러한 특성은 빛을 받았을 때 전자-정공을 효율적으로 분리할 수 있어 태양 광 변환 효율을 높인다.


연구팀은 강유전체 자발 분극 값과 광 변환 효율 사이의 상관관계를 최초로 실험적으로 밝혔다.

연구결과, 비스무스 페라이트의 수직 결정 방향에서는 65 마이크로 클롱(μC/cm2), 비틀어진 대각선 결정 방향에서는 110 마이크로 클롱(μC/cm2)이 나타난다.

이러한 자발 분극의 차이로 인해서 같은 비스무스 페라이트 물질이라도 수직 결정 방향에 비해 비틀어진 대각선 결정 방향에서 광 전류 밀도가 5배 이상 향상됐다. 광 전류 밀도가 높다는 것은 태양광으로부터 받은 빛에너지를 전기 에너지로 변환하는 효율이 크다고 말할 수 있다. 이렇게 발생된 전기 에너지가 물을 분해해 수소를 만들어 낼 수 있다.

이상한 교수는 “강유전체의 자발 분극 값이 태양 광 변환 효율을 높일 수 있는 물리적 성질 중의 하나임을 새롭게 제시했다”면서 “이 연구결과는 수소 생산 뿐 아니라 태양 전지 등 에너지 생산 기술 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다.

교육부·한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 국제적인 과학 학술지 나노 리서치에 지난 9일자에 게재됐다. /문병도기자 do@sedaily.com