- 1주 전
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학습트랜스크립트
00:00:01안녕하세요. 저는 지금 현재 에너지환경대학원에서 일하고 있는 동완재 교수라고 합니다.
00:00:10이렇게 온라인으로 만나 뵙게 돼서 조금 아쉬운 마음이 좀 있습니다.
00:00:17실제로 얼굴을 벗고, 얼굴을 뵙고 수업을 하면서 좀 아이컨택도 하고 같이 수업을 하면서 좋았을 텐데
00:00:24이렇게 온라인으로 밖에 볼 수 없는 환경을 조금 양해 부탁드리겠습니다.
00:00:31오늘 수업은 일단 최대한 빠른 속도로 진행을 해보도록 하겠습니다.
00:00:37실제로 저희가 만나서 수업하는 게 아니다 보니까 집중할 수 있는 시간이 길지 않은 것 같더라고요.
00:00:44최대한 핵심만 요약해서 오늘 강의를 하도록 하겠고
00:00:51제가 오늘 강의할 내용은 여기 제목에서 보일 수 있듯이
00:00:56광전기화학적 에너지 변환 연구라는 겁니다.
00:00:59영어로는 Photo Electrochemical Energy Conversion이라고 했는데
00:01:03여기서 단어에서 유추할 수 있듯이
00:01:07Photo는 여러분들 사진이죠.
00:01:11또 다른 말로 하면 빛이라고도 얘기할 수 있습니다.
00:01:16그리고 Electro, 일렉트로는 전기죠.
00:01:19저는 빛이랑 전기를 동시에 사용해서
00:01:23어떤 Chemical Reaction, 화학 반응을 하는
00:01:26그런 소재를 연구하는 사람이라고 보시면 될 것 같습니다.
00:01:32사실 이 수업의 이 과목이 전공 필수 과목이다 보니까
00:01:37전공자들 뿐만 아니라 비전공자들도 같이 수업을 듣는 걸로 알고 있습니다.
00:01:43그래서 최대한 쉽게 설명을 할 텐데
00:01:47조금 공학 지식이 충분하지 않은 비전공자 정책 연구하시는 분들은
00:01:53조금 어렵다고 느끼실 수도 있습니다.
00:01:55그렇지만 최대한 제가 쉽게 설명을 할 텐데
00:01:59이제 들어가기 앞서서 인트로덕션입니다.
00:02:02다들 아시겠지만 이산화탄소가 굉장히 큰 사회적인 이슈로 부각이 되고 있죠.
00:02:08그래서 지난 한 50년, 60년 동안 실제로 공기 중에 존재하고 있는
00:02:14이산화탄소의 농도를 측정을 해보면
00:02:16이 파란색 그래프처럼 점점점 이산화탄소의 농도가 공기 중에서 증가하고 있고
00:02:22이 빨간색 그래프는 지표면의 온도를 측정을 한 겁니다.
00:02:27지표면의 온도도 동일한 기간에 1.5도씨 정도 상승을 했다.
00:02:32상당히 유사한 비례관계를 보여주고 있죠.
00:02:36그래서 다시 말해서 이산화탄소가 지구온난화의 주범이다라는 게
00:02:41과학적인 사실로 모두가 공감하고 받아들여지고 있는 상황입니다.
00:02:47그래서 이런 지구온난화, 빙하가 녹는 문제들, 남극이 녹는 문제들, 이런 문제들이 있고
00:02:54추가적으로 산불이라든지 아니면 가뭄이라든지 이런 것들도
00:02:58모두 지구온난화 때문에 발생하는 문제들이라고 보시면 됩니다.
00:03:02추가적으로 대기 중에 이산화탄소의 농도가 많아지게 되면
00:03:07대기 중에 있는 이산화탄소가 바닷물 속으로 녹아들게 되겠죠.
00:03:12그래서 이런 이산화탄소가 바닷물 속에 녹아들게 되면
00:03:15바다가 점점 산성화가 됩니다.
00:03:18다시 말해서 여러분들이 섭취하는 조개라든지 소라라든지
00:03:23이런 해산물, 해조류들이 주로 약알카리, 약염기성 환경에서 잘 살아갈 수 있는 생문들인데
00:03:33이것들이 산성화가 되면 점점 조개고가지가 힘들어지고
00:03:37소라값이 비싸지는 그런 문제들이 생기겠죠.
00:03:41다시 말해서 해양 생태계가 점점 파괴될 수 있다는 것이
00:03:45굉장히 큰 환경적인 문제로 다가오고 있습니다.
00:03:50그래서 우리나라 뿐만 아니라
00:03:52전세계의 주요국들 위주로
00:03:55온실가스 배출량을 줄이겠다는 목표를 세웠죠.
00:03:58그래서 우리나라 2050 탄소중립위원회에서
00:04:032018년에 세운 목표에 의하면
00:04:062030년까지, 2018년 대비 40% 정도의 이산화탄소를 강축을 하고
00:04:132050년까지는 이산화탄소 배출을 아예 없애는
00:04:18제로카본 에미션을 달성하겠다는 목표를 세웠습니다.
00:04:23이런 것들을 달성하기 위해서는
00:04:25사실은 우리가 현재 사용하고 있는
00:04:28화석연료, 석유, 석탄, 천연가스 같은 것들의
00:04:33사용량을 줄여야만 하고
00:04:34대체로 그것들을 대체하기 위한
00:04:37새로운 에너지원이 필요한 상황입니다.
00:04:40그 새로운 에너지원으로
00:04:42가장 각광받고 있는 물질이 바로 수소죠.
00:04:46하이드로젠.
00:04:46이 수소라는 것이 만들어지게 되면
00:04:50이 수소 에너지는 저희가 태우거나 사용했을 때
00:04:53나오는 부산물로 물밖에 나오지 않기 때문에
00:04:57카본프리한 그런 에너지가 될 거다 라고 생각해서
00:05:02많은 연구자들과 회사들과 정부들이 지원을 하고
00:05:07연구하고 있는 상황입니다.
00:05:11그렇다면 정말 수소면 다 좋은 거냐 라는 질문이 있을 텐데
00:05:16그렇지 않습니다.
00:05:18수소가 수소를 만드는 방법에 따라서
00:05:21색깔을 분류를 할 수 있는데요.
00:05:24왼쪽에서 보이는 이 색깔처럼 그린 수소, 뭔가 깨끗하고 청정한 느낌이 되죠.
00:05:32그리고 점점점 오른쪽으로 갈수록 블루 수소, 그레이 수소, 브라운 수소
00:05:36이런 식으로 나뉠 수가 있는데
00:05:38이것들이 수소를 만드는 방법에 따라서 이렇게 색깔로 분류할 수 있는 겁니다.
00:05:43대표적으로 그린 수소가 우리가 앞으로 나아가야 될 방향이라고 기억하시면 됩니다.
00:05:50그린 수소를 어떻게 만드냐
00:05:51주로 여기 리뉴어블 에너지라고 하는
00:05:54태양광이나 풍력발전, 수력발전 같은
00:05:58깨끗한 전기 에너지를 만든 에너지를 이용해서 수전해를 하는 겁니다.
00:06:04수전해를 통해서 수소를 생산하는 이 방식이
00:06:08그린 하이드로젠, 그린 수소다 라고 기억하시면 되고
00:06:12이것의 가장 큰 장점은 부산물로 어떤 유해한 물질이 발생하지 않는다 라는 게 가장 큰 장점입니다.
00:06:22마찬가지로 수소를 생산하는 방식은 수전해 방식에 따르지만
00:06:27여기에 사용되는 에너지로 방사선, 원자력 에너지를 사용했을 때는
00:06:32핑크 하이드로젠 이라고 얘기하기도 하고
00:06:35추가적으로 우리가 수소를 생산하는 방식이
00:06:39수전해가 아니라 리포밍 방식이라고 해서
00:06:42기존의 메탄가스를 개질하거나
00:06:46아니면 석유 같은 것들을 개질해서 나오는 수소들을
00:06:51블루 수소부터 그레이 수소라고 이야기합니다.
00:06:55이것들의 주 소스는 천연가스입니다.
00:06:59내추럴 게스인데
00:07:00이런 내추럴 게스를 리포밍 공정을 통해서 만드는
00:07:04이런 하이드로젠을 우리가 블루 하이드로젠, 그레이 하이드로젠
00:07:08이런 식으로 분류하긴 하는데
00:07:09그것들의 가장 큰 단점은 아무래도 카본 에미션이겠죠.
00:07:14CO2가 방출되는 그런 환경에서 만드는 수소를
00:07:18우리가 블루, 그레이 대표적으로 이렇게 나눌 수 있다고
00:07:22말씀드릴 수 있습니다.
00:07:24다시 말해서 우리가 나아가야 될 방향은
00:07:28그린 수소를 잘 만드는 것, 높은 순도로 값싸게 만드는 것이
00:07:35우리의 지상과제가 되는 것이죠.
00:07:37제가 오늘 발표드릴 내용도 대부분 이 영역에 해당되는
00:07:42그린 수소를 만드는 방법에 대해서 설명해 드리겠습니다.
00:07:48앞서도 말씀을 드렸지만 현재 수소가 생산되는 대부분
00:07:5390% 이상의 수소는 리포밍 방식을 통해서 만들어지고 있습니다.
00:08:00리포밍이라는 게 CH4가 천연가스고요.
00:08:03거기에 수증기, H2O죠.
00:08:06수증기를 넣어주게 되면 수소가 나오는 것까지는 좋은데
00:08:10이산화탄소가 같이 발생한다는 게 큰 문제로 남아있는 것이죠.
00:08:19그리고 추가적으로 이 반응에 필요한 에너지는 열 에너지를 사용을 한다.
00:08:24라는 것을 기억해 주시면 좋을 것 같고
00:08:26우리가 단기적으로 앞으로 가야 될 방향은
00:08:30Water Electrolysis라고 해서 수전해입니다.
00:08:33물 분해죠. 물 전기 분해.
00:08:35이거는 정말 말 그대로 물을 H2와 O2, 수소와 산소로 분리해주는 그런 화학 반응이고요.
00:08:46여기에 필요한 에너지는 당연히 전기 에너지를 필요로 하고 있습니다.
00:08:50이제 앞으로 2050, 2030의 목표를 달성하기 위해서는
00:08:55이 수전의 기술이 값싸게 진행돼야 된다는 게 가장 큰 이슈고요.
00:09:00조금 더 먼 미래, 2050년 그 이후까지도 생각했을 때는
00:09:04이런 전기 에너지, 전기값도 비싸니까
00:09:08태양 에너지를 바로 이용을 해서
00:09:11이런 화학 반응을 우리가 해보겠다는 게
00:09:15포토 캐탈리시스, 광총매 반응이라고 얘기를 하죠.
00:09:19빛을 에너지로 사용을 해서
00:09:21이 물 분자 같은 것들을 수소와 산소로 분리하는
00:09:25그런 방법들도 사람들이 연구를 하고 있는 상황입니다.
00:09:31그러면 우리가 이 일렉트로 캐탈리시스, 대표적으로 수전해
00:09:36그리고 포토 캐탈리시스, 광총매를 이용을 해서
00:09:40수소를 생산할 수 있다는 것까지는 말씀을 드렸는데
00:09:45이 전기 화학 반응에서 광총매 반응으로 넘어가기 위해서
00:09:50적절한 과도기의 과정에 좀 필요하다고 생각하시면 되는데
00:09:55그 과정이 바로 오늘 말씀드릴 포토 일렉트로 캐탈리시스라는 겁니다.
00:10:01다시 말해서 빛도 사용을 하고
00:10:03전기 에너지도 사용을 해서
00:10:05캐탈리시스, 총매 반응을 하는 이런 방법이라고 보시면 되고
00:10:10이 일렉트로 캐탈리시스에서 포토 캐탈리시스로 넘어가는데
00:10:14굉장히 중요한 연구 분양이라고 기억해 주시면 좋을 것 같아요.
00:10:19그래서 우리가 흔히 사용하는 전기 화학 반응의 경우에는
00:10:23이렇게 전기 에너지를 사용한다고 말씀을 드렸고
00:10:27여기에 사용하는 전극 재료들은 대부분
00:10:30메탈 계열의 물지들을 총매로 사용을 하고 있습니다.
00:10:33그리고 광총매, 포토 캐탈리시스의 경우에는
00:10:37빛 에너지를 사용을 하면서
00:10:39주로 빛을 잘 흡수하는 소재인
00:10:42반도체 물질들을 필수로 사용을 해야지
00:10:45이런 광총매 반응이 잘 일어난다고 알려져 있고요.
00:10:49이 포토 일렉트로 캐탈리시스는 앞서도 여러번 말씀드렸지만
00:10:53빛 에너지도 사용을 하고
00:10:55전기 에너지도 사용을 해서
00:10:57총매 반응을 하는 그런 시스템이고
00:11:00추가적으로 사용하는 물질은 광총매랑
00:11:05동일하게 단노체라는 물질을 사용을 해야 된다라는 겁니다.
00:11:09이거를 잘 오늘 기억해 주시면
00:11:12어쨌든 우리가 포토 일렉트로 케미컬 리액션이 무엇인지는
00:11:17확실히 알아가실 수 있을 거라고 생각을 하고 있습니다.
00:11:27전기 화학에 대해서 거의 잘 모르시는 분들도 자리에 계실 것 같아서
00:11:33전기 화학에서 흔히 사용하는
00:11:36또 오늘 수업에서 앞으로 사용할
00:11:38몇 가지 용어에 대해서 말씀을 드리고 강의를 진행하겠습니다.
00:11:44전기 화학에서 가장 많이 쓰는 단어 중에 하나가
00:11:47옥시데이션, 위덕션이라는 단어인데
00:11:51옥시데이션의 정의가 뭐냐면
00:11:53일렉트로는 잃어버리는 반응을 옥시데이션이라고 얘기를 하고
00:11:58위덕션은 일렉트로는 얻는 반응이라고 보시면 됩니다.
00:12:03그래서 왼쪽에 이 화학식을 보면
00:12:06이게 수전의 화학식인데요.
00:12:09여기서 H2O가 H2와 O2로 쪼개질 때
00:12:13이 H2O는 상대적으로 플러스 1의 차지를 가지고 있다가
00:12:17나중에 수소가스가 되면서 차지가 0이 돼요.
00:12:22결국은 숫자가 줄어드는 방향으로 바뀌게 되죠.
00:12:27이거를 우리는 전자를 얻었다라고 얘기하면서
00:12:31위덕션이라고 얘기를 하고
00:12:32이 산화수가 산소의 경우에는 마이너스인데
00:12:36반응을 하고 나서는 0으로 바뀌게 되죠.
00:12:39그래서 이 마이너스 부호에서 0으로 바뀌니까
00:12:46전자를 두 개 잃어버리는 반응이라고 보시면 되고
00:12:50그걸 이제 옥시데이션 반응이다 라고 이야기를 할 수 있습니다.
00:12:54전기 화학에서는 이 옥시데이션과 리덕션이 일어나는 반응이
00:12:58각각 다른 전극에서 일어나게 되고
00:13:02리덕션이 일어나는 전극을 우리가 캡소드 또는 음극이라고 부르게 되고
00:13:07산화반응이 일어나는 전극을 우리가 애노드라고 부르게 됩니다.
00:13:12양극이죠.
00:13:14그래서 양극에서는 어떤 반응이 일어나는지 보시게 되면
00:13:18어떤 OH-라는 이런 이온이 전자를 받아서
00:13:29전자를 잃어버리면서 산소가 나오는 이런 애노딕 리액션이 일어나게 되고
00:13:36캡소드에서는 이런 수소이온 H 플러스 이온이 전자를 받아서
00:13:41이제 수소가스로 변환하게 되는 이런 캡소딕 반응이 일어나게 됩니다.
00:13:45그래서 이제 전기 화학 반응은 늘 산화반응이 일어나는 애노드와
00:13:50환원 반응이 일어나는 캡소드로 분리가 되어 있다 라고 일단 기억해 주시면 좋을 것 같습니다.
00:13:59그러면 언제나 이게 왼쪽에 보이는 사진이 전기 화학의 가장 기본적인 셀 구조라고 보시면 되고
00:14:06이 초록색으로 표시된 부분이 산소가 발생하는 애노드 이고요.
00:14:13이 주황색으로 표시된 전극이 수소가 발생하는 캡소드입니다.
00:14:17언제나 이렇게 두 개의 전극이 이루어져 있어야 되고
00:14:20이 발생한 수소가스와 산소가스가 섞이면 안 되기 때문에
00:14:24이 사이에 멘브레인이라는 어떤 분리막 같은 것들을 보통 설치해서
00:14:29수전해 같은 것들을 하게 됩니다.
00:14:32보시면 알겠지만 여기 커다란 파워 소스도 필요하고
00:14:36전극도 두 개가 필요하고
00:14:38이런 시스템이 복잡하다는 게 일종의 단점으로 작용을 하고 있고
00:14:44추가적으로 우리는 어쨌든 이런 파워 시스템을 동작하기 위해서는
00:14:49외부에서 전기를 끌어와야겠죠.
00:14:51전기가 늘 필요하다.
00:14:53외부 전력이 필요하다는 단점이 추가적으로 있습니다.
00:14:57그리고 어쨌든 어떤 공장에서 아니면 발전소에서 전기를 생산을 해서
00:15:03우리가 최종적으로 일렉트로케미컬 리액션이 일어나는 플랜트까지
00:15:08이런 전기가 배에 전달이 돼야 되는데
00:15:12이 전송하는 과정에서도 약 4% 정도의 전기가 손실된다고 알려져 있더라고요.
00:15:18그래서 어쨌든 이런 전기화학 반응이 물론 클린한 수소 에너지를 만들 수 있는 방법이긴 하지만
00:15:26여전히 전기를 사용한다는 부분에서는 조금 손실이 발생할 수밖에 없는 고조다.
00:15:34라고 생각하시면 좋을 것 같습니다.
00:15:39그러면 오늘의 주제인 광전기화학은 어떤 식으로 동작하느냐에 대해서 소개를 드리겠습니다.
00:15:48왼쪽 그림을 보면 좀 복잡하게 보이죠.
00:15:51복잡한데 조금 간단하게 구조를 나눠서 설명을 드리겠습니다.
00:15:56가운데 보이는 이 주황색 영역이 일반적으로 우리가 알려져 있는 태양전지라고 보시면 되고요.
00:16:03왼쪽에 있는 이 파란색 영역은 산소가 발생하는 영역이라고 보시면 됩니다.
00:16:10그래서 여기 워러 옥시대이션이라고 표현을 했는데
00:16:13결국은 이 오투라는 가스가 발생하는 일종의 애노드, 양극의 영역이라고 생각하시면 되고
00:16:19이 태양전지의 반대쪽은 회색 영역은 수소가 발생하는, 환원 반응이 일어나는 그런 전극이라고 보시면 됩니다.
00:16:29그래서 언제나 이 수소와 산소가 반응을 하려면 최소한 이 태양전지가 제공해야 되는 볼티지가 약 1.23볼트 이상 제공되어야 됩니다.
00:16:41그래서 이거는 가장 이상적인 경우에 이론적인 볼티지고요.
00:16:45실제로는 한 1.6볼트 이상의 볼티지를 낼 수 있는 태양전지를 사용해야지만
00:16:52이 산소와 수소 반응이 외부의 전력 없이 동작이 가능하다라는 것을 알아주시면 될 것 같고요.
00:17:01이런 어떤 소자죠. 태양전지 앞뒷면에 어떤 충매를 올린 소자인데
00:17:06이런 소자의 가장 큰 장점이 뭐냐면은 이거를 그냥 물속에다 풍덩 담가요.
00:17:11풍덩 담그고 빛을 조여주기만 해도 그 물이 분해되면서 수소와 산소가 발생할 수 있는 그런 반응이다.
00:17:19다시 말해서 우리가 어떤 외부의 전선이나 아니면 전력망을 이용을 해서 에너지를 공급할 필요 없이
00:17:25바로 호수나 강가에 이런 소자를 띄워놓고 빛을 비춰주기만 해도
00:17:31수소와 산소가 발생할 수 있는 그런 자가 발전이 가능한 셀이다.
00:17:37라고 보시면 됩니다.
00:17:40결국은 태양에너지를 이용을 해서 이런 화학 반응을 하는 소자라고 보시면 됩니다.
00:17:48이제 이어서 제가 강의 들을 내용의 대부분이
00:17:54제가 지난 7, 8년에 걸쳐서 연구했던 연구 결과들인데요.
00:18:02비전공자들이 보시기에는 조금 어려울 수도 있으니
00:18:05최대한 요약해서 핵심된 내용들 위주로 말씀을 드리겠습니다.
00:18:10그리고 너무 자세한 그런 전공 지식이 필요한 내용들은
00:18:14조금 최대한 스킵하면서 전달 드릴 수 있도록 하겠습니다.
00:18:20첫 번째 요 그림은 되게 예쁜 그림이죠.
00:18:26이게 뭐냐면은 처음에는 이런 니켈 FE라는 포일이죠.
00:18:31알루미늄 포일처럼 이런 니켈과 FE, 니켈 철로 이루어진
00:18:36합금 소재를 전기 도금해서 40cm 정도의 포일을 뽑아낼 수가 있습니다.
00:18:43이 포일을 한 번 더 후처리를 하는 겁니다.
00:18:46에노다이징이라고 해서 양극 산화, 아시는 분들은 아실 수 있긴 하지만
00:18:50양극 산화라는 공정을 고쳐서 좋은 총매 특성을 갖는
00:18:56니켈과 철의 합금 소재를 만들어주고
00:19:00그 위에 최종적으로 비정지 실리콘 태양전지라는 것을
00:19:04이제 박막형으로 만들어줘서
00:19:06이 호일면은 총매 작용을 하는, 산소가 발생하는 영역이고요.
00:19:14이 태양전지가 있는 면은 빛을 흡수해서 전자와 전공을 생산하는
00:19:19그런 어떤 빛을 전기에너지로 바꿔주는 역할을 하는 구조다라고 보시면 됩니다.
00:19:26그래서 두 가지 역할을 하는 소재가 하나의 소재 안에
00:19:30이제 인티그레이션 되어 있는 구조다라고 보시면 되고
00:19:35이 니켈 FE라는 포일이죠.
00:19:40알루미늄 포일처럼 그 포일의 표면 모습인데
00:19:43이거를 후처리 공정, 양극 산화 공정을 통해서 만들면
00:19:47이렇게 나노 구조 같은 것들이 변할 수 있다 라는 것을
00:19:51전자 현미경 사진을 통해서 확인을 했고
00:19:55이걸 이제 구조를 확인하는 방법이고요.
00:19:58추가적으로 우리가 그 소재의 조성을 알고 싶을 때는
00:20:03이와 같이 이제 엑스레이 포토일렉트론 스펙트로스코피, 스펙트로미터라는 것을 이제 이용을 해서
00:20:15실제로 걔네들이 어떤 조성으로 이루어져 있는지
00:20:19좀 자세하게 분석하는 방식입니다.
00:20:22디테일한 내용은 스킵을 하도록 하겠고
00:20:24여기에 임발하고 있는 소재가 아까 니켈과 철로 이루어져 있는 합금 포일입니다.
00:20:30이 합금 포일의 경우에는 메탈릭한 특성을 가지고 있는데
00:20:34이거를 우리가 한 500도씨에서 열 처리를 하게 되면
00:20:37공기 중에 있는 산소와 금속 포일이 반응을 하면서
00:20:41표면에 이런 니켈 Fe 산화물, 산소에 노출되면서 생기는 산화물이 형성이 되게 되고요.
00:20:48또한 이 니켈 Fe 포일을 에노다이즈, 양극 산화를 하게 되면
00:20:55이런 옥사이드가 아니라 OH로 이루어져 있는 하이드록사이드가 표면에 형성될 수 있다는 것을
00:21:01이제 앞서 말씀드린 조성 분석 방법을 통해서 확인을 했습니다.
00:21:06그럼 만들어진 이 포일들의 총매 특성, 특별히 산소가 발생하는데
00:21:14어느 정도의 특성을 가지고 있느냐를 평가하기 위해서
00:21:17이렇게 그래프를 플롯을 하는 건데
00:21:21우리가 소재를 우리가 원하는 물이나 전해질 용액 속에 넣고
00:21:28이제 볼티지를 왼쪽에서부터 오른쪽으로 쭉 스캔하면서
00:21:32이렇게 커런트가 증가하는 경향을 보실 수가 있습니다.
00:21:36볼티지가 작은 영역에서 커런트가 발생한다, 반응이 시작된다는 것은
00:21:42당연히 좋은 의미겠죠.
00:21:44여러분들이 1.8V 써야 되는 것을 1.6V로 줄일 수 있다면
00:21:49그것만으로도 우리가 전압을 세이빙할 수 있다는 것을 의미하잖아요.
00:21:53다시 말해서 빨간색 보다는 검은색,
00:21:57검은색 보다는 파란색 소재가 더 좋은 산소 발생 특성을 보여주고 있다는 것을 의미하고
00:22:04실제로 이것을 36시간 동안 다양한 전압 범위에서 측정을 했을 때도
00:22:10생각보다 되게 안정적으로 동작이 가능한 소재다 라는 겁니다.
00:22:15다시 말해서 이 파란색 그래프, 양극 산화를 통해서
00:22:19니켈 FE 하이드록사이드 라는 물질을 잘 만들게 되면
00:22:22이 소재는 되게 우수한 퍼포먼스뿐만 아니라
00:22:26스테빌리티, 안정성도 가지고 있는
00:22:28이런 총매 소재로 작용할 수 있다는 것을
00:22:31이제 연구를 통해서 확인을 했고요.
00:22:34마지막으로 제일 중요한 게 바로 태양전지죠.
00:22:37그래서 이 니켈 FE, 이게 기판 소재인데
00:22:40뒷면은 총매 반응을 할 거고요.
00:22:43이 전면은 비정지 실리콘 태양전지
00:22:46여기 A 실리콘, H 이렇게 썼는데
00:22:49이게 비정지 실리콘 태양전지를 의미하는 겁니다.
00:22:54이렇게 비정지 실리콘 태양전지에 각각 각막을 쌓아서
00:22:57소재를 만들게 되고 만들어진 소재의 사진입니다.
00:23:01뒷면은 당연히 알루미늄 포일이랑 비슷하게 생겼겠죠.
00:23:05그래서 어떤 은색빛을 나타내는 그런 뒷면을 가지고 있고
00:23:10이 앞면, 전면에는 비정지 실리콘 태양전지가 만들어져 있기 때문에
00:23:17약간 푸른빛을 도는 이런 뒷면은 금속, 앞면은 약간 반도체로 이루어져 있는
00:23:25그런 일종의 재료를 만들었다라고 보시면 되고
00:23:30만들어진 이 총매의 태양전지 효율을 비교해 보시면
00:23:34태양전지 효율이 높지는 않습니다.
00:23:36이게 저희가 최적화된 구조의 태양전지는 아니기 때문에
00:23:40Auto Conversion Efficiency라고 해서 효율이죠.
00:23:43효율이 한 2% 정도 되는 그런 태양전지를 구현을 했고
00:23:46이 소재를 똑같이 물속에 담아서 산소 반응을 진행을 해보게 되면
00:23:52빛 아래에서는 여기 라잇이라고 있는 게 까만 선이죠.
00:23:56이 까만 선에서는 훨씬 더 낮은 볼티지에서 커런트가 나오는 것을 보실 수 있죠.
00:24:03이게 아니라 그냥 이런 포일, 총매 소재만 있을 때는 한 1.5V 정도가 필요했는데
00:24:08이 비정지 실리콘 태양전지와 같이 잘 결합을 하게 되면
00:24:12한 0.6V에서도 커런트가 발생하는 것을 통해서
00:24:16이런 구조를 잘 만들어 주게 되면
00:24:19태양전지가 빛을 흡수해서 볼티지를 만들어 주는 역할로 인해서
00:24:24한 0.8V 정도의 볼티지를 세이브 할 수 있다는 것을
00:24:29실험을 통해서 확인을 했습니다.
00:24:33여기는 이제 다양한 광전극의 효율을 플랫을 한 건데요.
00:24:45여기는 보시면 알 수 있겠지만
00:24:48되게 수백 가지의 반도체 물질이라는 게
00:24:52세계에 존재를 하고 있습니다.
00:24:55존재를 하고 있는데 그 중에서
00:24:56일부만 가져와서
00:24:59저희가 그림으로 보여준 겁니다.
00:25:01이렇게 많은 반도체라는 소재들이
00:25:04실제로 총매 반응에 사용을 하고 있지만
00:25:08제가 말씀드리고 싶은 것 중에 가장 중요한 것은
00:25:11이런 반도체 소재를 사용했다 하더라도
00:25:14단일 물질, 단일 반도체 소재로는
00:25:17좋은 특성과 좋은 안정성을 동시에 구현하기가 어렵습니다.
00:25:25그래서 한 가지 물질로는 사실
00:25:27이게 광전기 화학 반응이 되게 안정적이면서도
00:25:32좋은 효율을 나타내기가 어렵다.
00:25:34그렇기 때문에 저는 두 가지 반도체 소재를
00:25:38적층하는 식으로 이 문제를 해결해 보려고
00:25:41좀 연구를 수행을 했습니다.
00:25:44첫 번째 보이는 이 소재는
00:25:46우리가 흔히 아는 실리콘 태양전지입니다.
00:25:49P 타입 실리콘과 N 타입 실리콘이
00:25:51이제 적층 구조로 이루어져 있는
00:25:53이런 웨이퍼 위에다가
00:25:552종의 반도체 물질인 갈륨 나이트라이드
00:25:59GAN이라고 써 있는 이런 반도체 소재를
00:26:02나노 와이어 형태로 성장을 하게 됩니다.
00:26:05그리고 최종적으로 성장된 나노 와이어 위에
00:26:08촉매 반응을 조금 더 촉진하기 위해서
00:26:10어떤 금속이나 아니면 금속 산화물 계열의
00:26:14촉매 나노 입자를 코팅을 해서 소재를 만들게 되죠.
00:26:20이렇게 두 가지 소재의 반도체를 사용했을 때
00:26:22가장 큰 장점이 뭐냐면
00:26:24첫 번째로는 이 실리콘 태양전지
00:26:27실리콘 태양전지라는 것은
00:26:29되게 역사가 깊은 태양전지이고
00:26:31효율이 좋은 태양전지로 많이 알려져 있죠.
00:26:35이런 실리콘 태양전지는
00:26:37약 24% 이상의 높은 효율을 나타낼 수 있는 태양전지인데
00:26:42이 태양전지만 사용을 해서 광전기와 반응을 하면
00:26:45얘네가 수시간, 수십시간 안에 소재가 열화해 버리는
00:26:53그런 문제들이 있습니다.
00:26:54저는 추가적으로 갈륨 나이트라이드라는
00:26:57나노 와이어 반도체 소재를 이용해서
00:27:00실리콘을 약간 보호해 주는 역할로
00:27:03이 위에다가 코팅을 한 거죠.
00:27:05그래서 용액과 실리콘이 실제로 직접 맞닿지는 않고
00:27:09반응이 일어나는 사이트는
00:27:11바로 이 갈륨 나이트라이드라는 데서
00:27:13반응이 일어난다고 보시면 되고
00:27:16이 반도체 소재는 효율은 좋지는 않지만
00:27:19이런 물이나 수용액 전해질 속에 넣었을 때
00:27:22굉장히 안정한 내화학성이 우수한 소재입니다.
00:27:26실제로 3000시간 이상 동안 동작을 해도
00:27:29굉장히 안정적으로 동작이 가능한 소재라서
00:27:33이 두 가지 반도체 소재를 잘 인티그레이션 해서
00:27:36어떤 우리가 플랫폼을 만든다면
00:27:39이게 정말로 태양광을 이용한
00:27:42화학 반응에 되게 중요한 그런 혁신 소재가 될 수 있을 거다
00:27:48라고 생각을 해서 연구를 수행을 하고 있습니다.
00:27:52그래서 이제 뒤에 이어지는 결과들은 전부
00:27:55이 실리콘, 갈륨 나이트라이드를 이용을 한
00:27:58다양한 촉매 반응을 한번 말씀드리려고 합니다.
00:28:03그래서 가장 좋은 것은
00:28:06이 갈륨 나이트라이드라는 녀석이
00:28:09실리콘도 보호하는 역할을 하지만
00:28:11촉매 반응도 잘 되면 좋겠지만
00:28:14실제로 갈륨 나이트라이드가
00:28:16기존에 알려져 있던 백금, 정극이나 이런 것보다는
00:28:19그 촉매 특성이 조금 좋지는 않습니다.
00:28:23그래서 우리가 촉매 활성을 위해서
00:28:25이런 백금 나노 입자 같은 것들을
00:28:27갈륨 나이트라이드 나노 와이어 위에
00:28:29이제 포토 데포지션이라는 메소드로
00:28:32이렇게 나노 입자 형태로 만들어 주게 됩니다.
00:28:35이거를 전자현미경을 통해서 확인을 해 본 결과입니다.
00:28:40보시면은 이 스케일바
00:28:41이 스케일바가 200나노미터죠.
00:28:45그 200나노미터는
00:28:46사람 눈으로는
00:28:48도저히 확인할 수 없는 정도의 두께입니다.
00:28:52그리고 우리가 아는 현미경 있죠.
00:28:54광학현미경.
00:28:55실험실에서 흔히 볼 수 있는 광학현미경으로도
00:28:58이 200나노는 볼 수가 없습니다.
00:29:01그래서 이런 전자현미경을 통해서
00:29:03구조를 확인을 해야 되는데
00:29:04이렇게 갈륨 나이트라이드가
00:29:07실리콘이라는 기판 위에
00:29:09수직 방향으로 빼곡하게 잘 자라 있는 것을
00:29:13이제 SEM사진을 통해서 확인을 하실 수가 있죠.
00:29:17그리고 플라티늄 나노 파티클
00:29:19이 나노 파티클은
00:29:20사이즈가 훨씬 훨씬 더 작습니다.
00:29:23한 2나노미터에서 5나노미터 정도로
00:29:25굉장히 작은 사이즈이기 때문에
00:29:27요런 주사전자현미경이라고 하는데
00:29:31이런 주사전자현미경으로도 보이지가 않아요.
00:29:34그래서 투과전자현미경이라는 방식을
00:29:37통해서 여기 플라티늄이라는 나노 입자가
00:29:40잘 코팅이 될구나라는 것을 확인을 한
00:29:43그런 전자현미경 실험 결과이고요.
00:29:46이 소재를 어떻게 실험에 사용하느냐
00:29:50광전기화학과는 실험하느냐
00:29:52좀 보여드리려고 합니다.
00:29:54우리가 만든 소재를 요렇게 전극을 달아서
00:29:58물속, 특별히 요 경우에는 바닷물 속에 넣고
00:30:02전선 연결을 하고요.
00:30:04여기서는 이제 우리가 수소가 발생하는
00:30:07환원 반응, 캐소딕 반응이 일어날 거기 때문에
00:30:11반대쪽에서 산소가 발생하는
00:30:13에노딕 반응이 일어나는
00:30:15이리듐 옥사이드라는 전극을 또 넣어주게 됩니다.
00:30:18그리고 여기에는 기준 전극을 넣었는데
00:30:21기준 전극은 넣어도 되고 안 넣어도 됩니다.
00:30:23어쨌든 이렇게 두 가지 이상의 전극을
00:30:25바닷물 속에 넣고 빛을 조여주게 되면서
00:30:29얘네들이 얼마나 많은 전류와 전압을 만들어 낼 수 있는지를
00:30:34측정하는 게 이제 광전기화학 반응이다
00:30:37라고 보시면 되고
00:30:38요 오른쪽에 있는 밴드 다이어그램은
00:30:41전공자들만 이해할 수 있어서
00:30:43일단 오늘 수업에서는 자세히 얘기하지는 않겠습니다.
00:30:47어쨌든 빛을 받으면은 여기 전자와 전공이라는 녀석이 생기게 되는데
00:30:52요 전자라는 게 주로 실리콘에서 생깁니다.
00:30:56실리콘에서 생긴 전자가
00:30:58갈륨 나이트라이드 그리고 최종적으로는
00:31:00플라티늄 나노 입자라는 촉매 위에서
00:31:03이제 화학 반응에 참여하게 된다
00:31:05라고 생각하시면 좋을 것 같아요.
00:31:09네 그래서 실제로 평가했더니
00:31:11어떤 결과가 나왔는지를
00:31:12이제 말씀을 드리려고 합니다.
00:31:14요 까만색 그래프가 실리콘 태양전지구요.
00:31:17요 빨간색 그래프는 실리콘 태양전지 위에
00:31:20플라티늄 이라는 촉매를 올린 겁니다.
00:31:23보면은 볼티지가 왼쪽으로 큰 상태가 돼야지
00:31:27이제 커런트가 나오기 시작하죠.
00:31:280에서부터 30mm 앞에까지 점점점 증가하는데
00:31:33여기에서 얘네가 이제 이룩하기 시작하는
00:31:35요 포인트를 온셋 포텐셜 이라고 보통 얘기합니다.
00:31:39요 온셋 포텐셜이 상대적으로
00:31:41왼쪽으로 많이 밀려 나와 있다는 것을 보실 수 있죠.
00:31:45반면에 이런 갈륨 나이트라이드 라든지
00:31:48아니면 플라티늄이 올라가 있는 갈륨 나이트라이드
00:31:51우리 소재의 최종 구조죠.
00:31:54요 경우에는
00:31:54되게 낮은 포텐셜에서도
00:31:57수소가 잘 나오는 그런 결과를 보여주고 있습니다.
00:32:01그럼 왜
00:32:02플라티늄이랑 갈륨 나이트라이드가 공존하는 경우에만
00:32:06바닷물에서부터 수소가 잘 나오냐
00:32:08그거를 이제 우리가 분석을 했는데
00:32:11그 이유는 다음과 같습니다.
00:32:13먼저 플라티늄이라는 어떤 촉매일을
00:32:16바닷물에 넣고 수소를 만드는 반응을 해보면
00:32:20요 물 분자가 수소 원자와 OH 분자로 쪼개지는
00:32:26요 워터 디소시에이션 반응이 굉장히 에너지를 필요로 하는
00:32:40플라티늄이 금속 자체가 아니라
00:32:43갈륨 나이트라이드라는 반도체 소재 위에 올라가게 되면
00:32:47요 물 분자가 마이너스 0.59, 마이너스 0.16으로
00:32:52자발적으로 H와 OH로 쪼개지는 현상이 일어나게 됩니다.
00:32:57다시 말해서
00:32:59이 수소를 만드는 반응 중에서 가장 병목 현상이 일어나는
00:33:03요 화학 반응을 자발적으로 만들어 주게 된다라는 거죠.
00:33:07다시 말해서 요 플라티늄과 갈륨 나이트라이드가
00:33:10공존하는 개면이 바닷물에 노출됐을 때
00:33:14물 분자가 쉽게 수소로 만들어질 수 있다는 것을 의미합니다.
00:33:24자 그래서 제일 중요한 것은 또 이제 앞서 말씀드린 것은
00:33:29퍼포먼스고요.
00:33:31이번 슬라이드에서 말씀드릴 것은 이제 수명입니다.
00:33:35실리콘 위에 실리콘 태양전지 위에 올라가는 플라티늄의 경우에는
00:33:3912시간만 지나도 그래프가 이렇게 뒤로 밀리죠.
00:33:42이 말은 소재가 열화했다.
00:33:45소재가 점점 특성을 잃어버리고 있다는 것을 의미하는데
00:33:49우리가 만든 플라티늄, 갈륨 나이트라이드 실리콘
00:33:53이 세 가지 소재를 이용해서 만든 전극의 경우에는
00:33:57바닷물에서 12시간이 지나도
00:34:00조금의 열화는 있지만
00:34:01특성 열화가 크지 않다는 것을 확인을 할 수 있었고
00:34:07다양한 빛 세기, 빛의 세기를 1, 3, 6, 9로 빛을 세게 해주면 세게 해줄수록
00:34:14더 높은 커런트 엔스지를 되게 안정적으로 구현할 수 있다는 것이
00:34:19우리가 만든 소재의 가장 큰 장점입니다.
00:34:22그래서 이제 수명을 측정을 해보면
00:34:24빛이 원선, 빛의 세기가 약할 때나 세일 때나
00:34:29되게 안정적으로 커런트 엔스지를 구현하는 것을 통해서
00:34:33수소가 잘 나온다는 것을 보여주고 있고
00:34:36강한 빛 아래에서 더 많은 수소가 나오는 것을
00:34:39그래프를 통해서 확인을 할 수 있습니다.
00:34:41그래서 높은 수소의 퓨리티를 갖는
00:34:51그런 수소 생산이 가능했다는 것을
00:34:54그래프를 통해서 보여주고 있습니다.
00:34:57그리고 추가적으로 한 가지 말씀드리고 싶은 것 중에 하나가
00:35:02일반적으로 보고되어 있는 광전극은
00:35:05빛이 있어야지만 동작을 합니다.
00:35:07다시 말해서 우리가 낮 동안에는 빛을 받아서
00:35:12수소를 생산할 수 있지만
00:35:14밤 시간에는 아무런 동작을 할 수 없는 거예요.
00:35:17수소를 만들어낼 수 있는 능력이 아예 없는 겁니다.
00:35:21그래서 밤 시간 동안 이렇게 소재를 그냥
00:35:24노역에 내버려두면 너무 아깝잖아요.
00:35:28그래서 24시간 동작이 가능한
00:35:30낮에도 동작이 가능하고 밤에도 동작이 가능한
00:35:33어떤 스위칭이 가능한 광전극을 개발했다는 내용인데
00:35:38마찬가지로 아까 만든 그 소재 그대로
00:35:40컨택의 위치만 이 컨택을 갈륨 나이트라이드 표면에 만들어주냐
00:35:46아니면 뒷면인 실리콘 뒷면에 컨택을 만들어주냐에 따라서
00:35:51컨택을 앞면에 해주면 밤에 동작이 가능한
00:35:54전기화학적인 수전해가 일어나게 되고요.
00:35:58뒷면에 컨택을 달아줬을 때는 빛이 있을 때
00:36:03광전기화학 반응이 일어날 수 있는
00:36:05그런 시스템을 구현할 수 있다는 겁니다.
00:36:08그래서 이건 퍼포먼스인데
00:36:10아무래도 빛이 있을 때가 조금 더 효율이 좋습니다.
00:36:14당연히 빛 에너지가
00:36:16추가적인 에디셔널한 에너지를 공급하기 때문에
00:36:20빛이 있을 때가 조금 더 효율은 좋지만
00:36:22어쨌든 빛이 없는 상황, 다크인 상황에서도
00:36:25충분히 수소를 생산할 수 있는 능력이 존재한다
00:36:28라는 걸 보여주고 있고
00:36:31이렇게 우리가 한번 데모를 해봤습니다.
00:36:34빛을 꺼보고, 빛을 켜보고, 빛을 꺼보고, 빛을 켜보고 하면서
00:36:38수소의 발생량을 쭉 측정을 했고
00:36:41어쨌든 빛이 있을 때나 없을 때나
00:36:44고순도의 수소를 잘 생성해서 만들어낼 수 있는
00:36:48그런 시스템을 구축했다, 그런 소재를 만들어냈다
00:36:52라는 것을 실험적으로 보여준 결과입니다.
00:36:57동영상입니다.
00:36:58동영상 보면 여기 뽀글뽀글뽀글라는게
00:37:01수소와 산소가 만들어지는 건데요
00:37:03되게 생각보다 많은 양의 기체들이
00:37:06전극에서부터 나오는 것을 보실 수가 있죠
00:37:08앞서도 말씀드렸듯이
00:37:10이제 한 170mA의 전류밀도
00:37:16전류밀도를 보여줄 수 있는데
00:37:17이게 되게 많은 양의 전류밀도라는 것을
00:37:21그냥 감각적으로 아셨으면 좋겠습니다.
00:37:23그래서 여기 통해서 만들어진 수소와 산소가
00:37:26보글보글 용액에서 나오는 것을
00:37:29이제 동영상을 통해서 확인하실 수 있습니다.
00:37:35그렇다면 우리가 만든 소재가 밤에도 동작하고
00:37:38낮에도 동작하고 수소를 만들어낼 수 있는
00:37:41생산량도 괜찮다 라는 건데
00:37:43가장 큰 문제가 뭐냐면
00:37:45바로 가격입니다.
00:37:48한번쯤은 들어보셨겠지만
00:37:50플라티넘, 우리가 총매로 사용한
00:37:53이런 플라티넘이라는 소재 자체가
00:37:56귀금속입니다.
00:37:58그래서 사실 여기
00:38:01볼케이너 플랫이라고 하는데
00:38:03볼케이너 플랫의 가장 정상점에 있는 소재일수록
00:38:08물을 잘 분해하는 총매 특성을 가졌다
00:38:10라고 보시면 되는데
00:38:11이런 PT, 플라티넘, RH, 로듐, IR, 이리듐 같은
00:38:17이런 물질들이 뭐냐면
00:38:18전부 귀금속입니다.
00:38:21이 플라티넘의 경우에는 거의
00:38:23골드, 금이랑 가격이 비슷하고요.
00:38:27로듐이나 이리듐의 경우에는
00:38:28심지어 금보다도 더 비싼 소재라는 거죠.
00:38:34플라티넘을 사용을 하면
00:38:36그 자체만으로도
00:38:37우리가 만든 광전극의 가격이
00:38:39확 뛰어버리게 되는 문제점이 있습니다.
00:38:43그래서 제가 테스트해본게
00:38:44그냥 플라티넘이 없이
00:38:46그냥 실리콘 태양전지 위에
00:38:49갈륨 나이트라이드만 성장된 상태에서
00:38:52수전해를 하면
00:38:52어떤 일이 일어나냐를
00:38:55한번 평가를 해보려고
00:38:56우리가 만든 소재를
00:38:58이제 물속에
00:38:59전해제 수용액에 넣고
00:39:00반응을 했습니다.
00:39:02그랬더니
00:39:03반응을 하면
00:39:05처음에는
00:39:07수소가 전혀 나오지 않다가
00:39:09반응을 1시간, 2시간, 3시간, 4시간,
00:39:1210시간 하니까
00:39:12점점점 특성이 좋아지고
00:39:1540시간 하니까
00:39:16굉장히 특성이 좋은 것을 보실 수 있습니다.
00:39:19그래서 저희가 이 현상을
00:39:20셀프 임프로브먼트라고 했는데
00:39:23어떤 추가적인 공정 없이
00:39:25수전에 반응을 하면 할수록
00:39:28점점점 얘가
00:39:29특성이 좋아지는
00:39:30그런 현상이
00:39:31있었다라는 것을
00:39:33제가 처음으로 발견을 했고
00:39:35이 현상이 정말
00:39:37갈륨 나이트라이드에서
00:39:38일어나는 현상인지를
00:39:39확인하기 위해서
00:39:41커런트를 볼티지에 따라서
00:39:43플랫을 했는데
00:39:44반응하기 전
00:39:450시간이죠
00:39:460시간
00:39:47이 까만 그래프
00:39:47여기서는 거의
00:39:49전류가 발생을 하지 않다가
00:39:51점점점
00:39:524시간
00:39:536시간
00:39:538시간
00:39:5412시간
00:39:54하면서
00:39:55그래프가
00:39:57좋아지는 것을 볼 수 있죠
00:39:58여기 보이는 이 그래프가
00:40:01플라티늄이 올라가 있는
00:40:03전극의 경우인데
00:40:04물론
00:40:05플라티늄이 있는
00:40:06그런 전극 소재보다는
00:40:07아니지만
00:40:08어쨌든 거기에 유사한 수준에 가까운
00:40:11그런 총매택성을 보여주는
00:40:13그런 결과를 얻었다
00:40:15라는 것을
00:40:16저희가 실험을 통해서 확인을 했고
00:40:18그렇다면
00:40:19만약에 갈륨 나이트라이드라는
00:40:22녀석이
00:40:23다른
00:40:24보호증
00:40:25여기서는
00:40:26A8O3
00:40:27라고
00:40:28알루미나죠
00:40:28굉장히 얇은 막을
00:40:30패시베이션 했을 땐
00:40:31어떻게 되냐
00:40:32라고 봤을 때는
00:40:33거의
00:40:35이런
00:40:35셀프 임프로브먼트가
00:40:36발견이 되지 않았습니다
00:40:37다시 말해서
00:40:39이 갈륨 나이트라이드라는
00:40:41용의
00:40:41소재가
00:40:42수전의 반응 중에
00:40:44뭔가 표면에 변화가 생기면서
00:40:47총매택성을 갖기 시작했더라
00:40:49라는 것을 보여주고 있고
00:40:51이것이 잘 개발되면
00:40:53플라티늄이라는
00:40:54조총매
00:40:56값비싼 총매를 사용하지 않고
00:40:58갈륨 나이트라이드라는
00:41:00여성만 사용을 해도
00:41:01괜찮은 특성을 가지고 있는
00:41:03광전극을 구현할 수 있겠네
00:41:05라는
00:41:05그런 제가
00:41:06결과를 얻었습니다
00:41:08근데
00:41:09이
00:41:10총매를 만들 때
00:41:11누가
00:41:1340시간씩
00:41:14기다렸다가
00:41:15쓸 수 있겠습니까
00:41:16이거를
00:41:17조금
00:41:18빨리 만들었으면 좋겠다
00:41:2040시간 동안
00:41:21반응을 걸어 놓는게 아니라
00:41:23뭐
00:41:2310분 20분만 해도
00:41:24이게 가능한지
00:41:25한번 확인해 보자
00:41:26라고 해서
00:41:27되게 강한 빛
00:41:29라인선에
00:41:30우리가 사용했던 빛보다
00:41:319배 더 강한 빛을 쏴주면서
00:41:34극적인 반응을 유도했습니다
00:41:36이제 그런 반응을 유도하려면
00:41:38조금
00:41:38기존에 사용하던 것과는 다른
00:41:41그런 광전기와
00:41:42셀이 필요한데
00:41:43어쨌든 이런 셀을 구현을 해서
00:41:45어
00:41:46측정을 해봤더니
00:41:48원선
00:41:51일반적으로 사용하는 자연광 세기에서는
00:41:53최소한 20시간 이상이 돼야지
00:41:56이렇게 특성이 구현이 되는데
00:41:579배 더 강한 빛을 쏴주면
00:42:00그런 반응이
00:42:0210분 15분 만에도
00:42:04이루어질 수 있다는 것을
00:42:06저희가
00:42:07발견을 했습니다
00:42:08그래서 우리가
00:42:0940시간이 아니라
00:42:11이 공정시간을
00:42:1310분 이내로
00:42:14줄일 수 있다는 것을
00:42:15실험적으로 확인을 했고
00:42:17이런 현상이
00:42:18왜 일어나는지
00:42:19이제 앞서도
00:42:20말씀드렸듯이
00:42:21총매 표면에
00:42:22존재하는
00:42:23그런 조성 분석을 통해서
00:42:25확인을 했는데요
00:42:27이 왼쪽에 보이는
00:42:29그래프가
00:42:30이제 갈륨 나이트라이드가
00:42:31반응하기 전이고요
00:42:32오른쪽에 보이는 그래프가
00:42:34이제 갈륨 나이트라이드가
00:42:37셀프 임프로브먼트 프로세스를 거친 다음에
00:42:40표면의 조성이라고 보시면 됩니다
00:42:42이 보라색으로 보이는
00:42:44옥시나이트라이드
00:42:46갈륨 옥시나이트라이드라는
00:42:48갈륨 오엠 이라는
00:42:50성분이
00:42:51추가적으로
00:42:52생성된 것을 보실 수 있고요
00:42:53실제로 이게
00:42:55어떤 반도체의
00:42:56밴드의 구조도
00:42:57변화시킨다는 것을
00:42:58이제 실험을 통해서 확인을 했습니다
00:43:03요거를 최종적으로 한번 더 확인하고 싶어서
00:43:06그러면은
00:43:07이 갈륨 나이트라이드가
00:43:08GAN 이라는 물질이
00:43:10반응하면서
00:43:11G A O N으로 바뀌는 것 까지는 알겠습니다
00:43:14그럼 정말로 이게 어디가 생기냐
00:43:17를 저희가 확인하고 싶었어요
00:43:19그래서 처음에 준비한 샘플이
00:43:21이런 갈륨 나이트라이드라는
00:43:23필름
00:43:24단결정 필름을 형성을 해서
00:43:26요 샘플을 가지고
00:43:27수전해를 측정을 했더니
00:43:29수전해의 특성이 거의 안 나오죠
00:43:32근데 요거를 패터닝을 해서
00:43:36이렇게 에칭을 해서
00:43:37어떤 나노필라
00:43:39마이크로필라 모양으로
00:43:40갈륨 나이트라이드를 에칭을 하고
00:43:43똑같은 조건에서 수전해를 해보면은
00:43:45특성이 굉장히 좋은 걸 확인하실 수 있습니다
00:43:48다시 말해서
00:43:50우리가 요 C플레인이라고 말한
00:43:53요 필름 형태로 있을 때는
00:43:55요 C플레인이라는 면만 노출되어 있는데
00:43:58이렇게 나노필라
00:43:59원기둥 모양으로 갈륨 나이트라이드를 깎아주게 되면은
00:44:03여기 논폴라 M플레인이라는 표면이
00:44:06이제 노출되기 시작합니다
00:44:07그래서 실제로 수전해가 일어나는
00:44:09요 총매 특성을 구현하는 결정면은
00:44:13논플라 M플레인이라는 결정면에서
00:44:16수전해가 일어나더라
00:44:18여기가 갈륨 옥시 나이트라이드로 변하게 되고
00:44:22추가적으로 수소 생산 효율이 높아지는
00:44:25결정적인 역할을 하는 면이 바로
00:44:28요 초록색으로 색칠 된
00:44:29이 결정면이 더라라는 것을
00:44:31이제 확인을 한 결과가
00:44:34이제 정리를 한 연구결과입니다
00:44:37자 지금까지는 우리가
00:44:41수소 생산에 대해서 주로 얘기를 했었는데
00:44:45뒤 이어지는 슬라이드에서는
00:44:48이산화탄소 환원
00:44:51아니면 나이트라이드라는 물질을 환원해서
00:44:54암모니아라는 그런 물질을 만드는 연구에 대해서
00:44:57좀 간단하게 소개해 드릴게요
00:44:59제가 준비한 슬라이드가 지금 43장인데
00:45:03한 29장 정도 지금 강의를 한 것 같습니다
00:45:07그래서 한 13장 정도 14장 정도 남은 것 같은데
00:45:11요 나무 슬라이드들은
00:45:13조금 더 빠른 속도로 좀 넘어가 보도록 하겠습니다
00:45:17그래서 이 카본 다이어트 수전에도 마찬가지지만
00:45:23이산화탄소를 에탄올이라든지
00:45:25이런 유용한 물질로 바꿔주는
00:45:27그런 연구들
00:45:28또는 NO3-라고 해서
00:45:30이런 나이트레이트라는 물질을
00:45:31암모니아로 바꿔주는
00:45:33이런 화학반응이
00:45:34보통
00:45:35프로톤 커플리드
00:45:36차지 트랜스퍼
00:45:38또는 프로톤 커플리드
00:45:40일렉트론 트랜스퍼
00:45:41라고
00:45:41부르는 화학반응입니다
00:45:43요 화학반응이
00:45:45앞서 말씀드린
00:45:46갈륨 나이트라이드라는
00:45:47나노와이어 위에서 일어났을 때
00:45:49왜 좋아지는지
00:45:51에 대해서 주로 이야기 할 겁니다
00:45:53왜 좋아지는지를
00:45:54미리 얘기하면
00:45:55이 갈륨 나이트라이드라는
00:45:57소재가
00:45:59물 입자가 다가오게 되면
00:46:01이거를
00:46:01H와 OH 라디칼로
00:46:04되게 쉽게 바꿔줄 수 있는
00:46:06소재입니다
00:46:07자발적으로
00:46:08H와 OH로
00:46:09물을 분리해주고
00:46:11추가적으로 생산된
00:46:12이 프로톤 라디컬은
00:46:14여기 빨간색으로 표시된 것처럼
00:46:16이산화탄소 환원이나
00:46:19아니면
00:46:19NO3-가
00:46:21암모니아로 변환되는데
00:46:22사용이 될 수 있습니다
00:46:24다시 말해서
00:46:25이 H라디컬을
00:46:28꾸준히 제공해 줄 수 있는
00:46:30일종의 역할을 하는
00:46:33그런 소재로
00:46:34갈륨 나이트라이드라이
00:46:36사용될 수 있다
00:46:36라는 것을
00:46:37말씀을 드리고
00:46:38이어서 설명을 드리겠습니다
00:46:41이산화탄소 환원이라는
00:46:42연구가 왜 중요하냐
00:46:43이산화탄소는
00:46:44온실가스죠
00:46:45이 온실가스를
00:46:47잘 캡처해서
00:46:49유틸라이제이션 하면
00:46:51일산화탄소나
00:46:52포름산이나
00:46:54에틸렌
00:46:54메탄 같은
00:46:55화학연료로 변환이
00:46:57가능하게 됩니다
00:46:58이런 화학연료는
00:46:59저희가 플라스틱을
00:47:01만든다든지
00:47:02아니면
00:47:02다른
00:47:04의약품을 만든다든지
00:47:05다른
00:47:05연료를 만든다든지
00:47:07하는데 유용하게
00:47:07사용될 수 있는
00:47:08물질이거든요
00:47:10이산화탄소를
00:47:10다른 유용한
00:47:12물질로
00:47:12전환하는
00:47:13이런 이산화탄소
00:47:14환원 연구를
00:47:15사람들이 많이 하고 있고
00:47:16대부분의 연구가
00:47:18사실은 이렇게
00:47:18전기화학 반응으로
00:47:20좀 많이
00:47:20연구가 되고 있습니다
00:47:21전기화학
00:47:22이제 좀 익숙하시죠
00:47:23워킹 일렉트로
00:47:25연구가 되고 해서
00:47:25이산화탄소가
00:47:27변환되는
00:47:28그런
00:47:29음극이 존재하고
00:47:30그거의
00:47:31상대 전국으로
00:47:32산소가 발생하는
00:47:33이런 에노드 영역이
00:47:34존재한다
00:47:34라는거
00:47:35이제 여러 번
00:47:37들어서 아실 것 같고
00:47:38이 방법의
00:47:39가장 큰 장점이
00:47:40뭐냐면
00:47:40만약에
00:47:42이런 포름산이나
00:47:43일산화탄소나
00:47:44메탄가스를
00:47:46이산화탄소에서부터
00:47:47만들어 주게 된다면
00:47:48첫 번째로
00:47:48이산화탄소라는
00:47:50온실가스를
00:47:51감축하는 역할이
00:47:52있구요
00:47:52두 번째로
00:47:53이런 물질들 자체가
00:47:56시장에서
00:47:57판매되는
00:47:58마켓프라이스를
00:47:59가지고 있는
00:48:00유용한
00:48:01값비싼 물질이라는 겁니다
00:48:02그래서 두 가지
00:48:03토끼를 동시에
00:48:04잡을 수 있죠
00:48:05이산화탄소를
00:48:06감축하고
00:48:07에디셔널한
00:48:08그런 마켓 밸류를
00:48:09창출할 수 있고
00:48:11라는 두 가지
00:48:12효과를 가질 수 있기 때문에
00:48:13사람들이
00:48:14이산화탄소를
00:48:15환원하는
00:48:15수행하고 있고
00:48:17저도
00:48:18그 흐름에 맞춰서
00:48:19또 일부
00:48:20이산화탄소 환원의
00:48:21연구를
00:48:22수행을 하고 있습니다
00:48:23이산화탄소를
00:48:26환원하려면
00:48:26앞서 말씀드린
00:48:28수소를
00:48:29만들어 내는 거랑
00:48:30조금 다른
00:48:30촉매를 사용해야 되고
00:48:32제가 사용하는
00:48:33촉매는
00:48:34이 bi
00:48:34라고 해서
00:48:35이 원소기호로
00:48:36비스무스죠
00:48:37비스무스
00:48:39라는
00:48:39어떤
00:48:40금속 나노입자
00:48:41금속 산화물 나노입자를
00:48:43마찬가지로
00:48:44이렇게
00:48:44갈륨 나이트라이드
00:48:45나노와이어
00:48:46표면 위에
00:48:47나노입자 형태로
00:48:48잘 형성을 하고
00:48:49이걸 형성을 하게 되면
00:48:51되게
00:48:52포름산이
00:48:52잘
00:48:53만들어질 수 있는
00:48:54환경이
00:48:55주어진다
00:48:55라는 것을
00:48:56DFT라는
00:48:57어떤
00:48:58계산화학 방식을 통해서
00:48:59계산할 수 있었습니다
00:49:02실제로
00:49:02요거를
00:49:02잘 측정을 해 보니
00:49:04다른
00:49:05소재들 보다
00:49:05훨씬 더
00:49:06높은 선택성을 갖는
00:49:08포름산
00:49:09생성을
00:49:09우리가 할 수 있었다
00:49:10라는
00:49:11결과를
00:49:12저희가 실험을 통해서
00:49:14확인을 해서
00:49:16이산화탄소가
00:49:17포름산으로
00:49:18되게
00:49:19효율적으로
00:49:20변환될 수 있다
00:49:21그리고
00:49:22추가적으로
00:49:23빛에너지를
00:49:23사용했기 때문에
00:49:25전력소비가
00:49:26적은 상황에서
00:49:27이런
00:49:28유용한
00:49:29물질들을
00:49:29만들 수 있다는 것을
00:49:30확인을 했습니다
00:49:33추가적으로
00:49:36앞서
00:49:37보여드린
00:49:37결과는
00:49:38지금까지
00:49:39대부분
00:49:39논문이나
00:49:40연구 발표에서
00:49:41보고하고 있는
00:49:42이산화탄소 환원은
00:49:44거의
00:49:4599.9%
00:49:46에
00:49:47굉장히 깨끗한
00:49:48이산화탄소를
00:49:49이용을 합니다
00:49:50하지만
00:49:51이산화탄소가
00:49:53사실은
00:49:54공장에서
00:49:54배출되거나
00:49:55산업 현장에서
00:49:56배출될 때
00:49:57이게
00:49:5899.9%짜리
00:49:59이산화탄소를
00:50:00배출하나요?
00:50:01그렇지가 않죠
00:50:02배출되는
00:50:03가스는
00:50:04대부분
00:50:05불순물을
00:50:06포함하고 있습니다
00:50:07예를 들면
00:50:08일산화탄소라든지
00:50:10질소라든지
00:50:12심지어는
00:50:13이런
00:50:13황화소 같은
00:50:14되게
00:50:16강한
00:50:17옥시던트죠
00:50:18강한 산화제를
00:50:19포함을 하고 있는
00:50:20이런
00:50:20물질들이
00:50:22섞여서
00:50:23불순물이 포함되어 있는
00:50:24백가스가
00:50:25배출되는데
00:50:26이것들을
00:50:27실제로
00:50:28백가스를
00:50:29이산화탄소 환원에
00:50:30적용하면
00:50:30어떤 연구가
00:50:32일어나는지에 대해서는
00:50:33많이 연구가 되어 있지 않아요
00:50:34특별히
00:50:36이
00:50:36강한 산화제인
00:50:38H2S 가 포함된
00:50:39그런 용액을
00:50:40사용하다 보면
00:50:40그런 백가스를 사용하다 보면
00:50:42총매 특성이
00:50:43점점점
00:50:44시간이 지나면
00:50:45지나갈수록
00:50:46떨어지는 걸
00:50:47보실 수가 있습니다
00:50:48효율이 떨어지는 거죠
00:50:49왜냐하면
00:50:50여기에 있는
00:50:51이
00:50:52황이라는 녀석이
00:50:53총매랑
00:50:55결합을 해서
00:50:55총매 특성을
00:50:56점점점
00:50:57열화시키는
00:50:58그런 문제가 있다는 겁니다
00:50:59그래서
00:51:00대부분의
00:51:01사람들이
00:51:02공장에서
00:51:03만들어져 있는
00:51:04배출되는
00:51:05이산화탄소 백가스를
00:51:06그대로
00:51:07사용하지 못하고
00:51:08한번
00:51:09이런 퓨리피케이션
00:51:11순조로
00:51:12높이는 작업을 하고
00:51:13이산화탄소
00:51:15환원
00:51:15반응을 합니다
00:51:16이게
00:51:17가격 경쟁이
00:51:18별로 없는
00:51:19반응이죠
00:51:20이런
00:51:23퓨리피케이션이 아니라
00:51:24바로
00:51:25이 백가스를
00:51:27이용해서
00:51:27이산화탄소를
00:51:28환원하는
00:51:29한번
00:51:29연구를 해보자
00:51:30라고 해서
00:51:31제가
00:51:33황화수소와
00:51:34이산화탄소가
00:51:35섞여있는
00:51:35불순물이 포함되는
00:51:37이산화탄소를
00:51:38이용해서
00:51:39실험을
00:51:40해봤습니다
00:51:40이
00:51:42CO2
00:51:43가스는
00:51:43황화수소를
00:51:44포함하고 있는
00:51:45불순물 가스고요
00:51:46이거를
00:51:48이용해서
00:51:48반응을 하다 보니까
00:51:49표면에
00:51:50카파설파이드
00:51:52라는
00:51:52나노입자가
00:51:53형성된다
00:51:55라는 걸
00:51:55봤는데
00:51:56이거
00:51:56TM을 통해서도
00:51:57보실 수 있듯이
00:51:59여기 노란색으로
00:52:00표시되어 있는
00:52:01황물질이
00:52:02아주 잘
00:52:03검출되는 것을
00:52:04보실 수가 있죠
00:52:05그래서 이런
00:52:06황화 물질이
00:52:07실제로
00:52:07우리
00:52:08총매 표면에 잘
00:52:09붙어있다
00:52:11총매의
00:52:11물질 소재를
00:52:12바꿔버리는 역할을
00:52:13한다라는 겁니다
00:52:15그런데도
00:52:15놀랍게도
00:52:16우리가
00:52:17이런
00:52:17카파설파이드
00:52:18라는 물질이
00:52:19갈륨 나이트라이드 위에
00:52:21있을 때는
00:52:21되게
00:52:22옵토일렉트로닉한
00:52:23프로펄티도 좋고
00:52:25포름산에
00:52:26만들어지는
00:52:27효율이
00:52:28오히려
00:52:28증가하고
00:52:29그리고 실제로
00:52:30한 10시간 동안 측정했을 때도
00:52:32어떤
00:52:32열화 현상 없이
00:52:33되게 안정적으로
00:52:34동작이 가능한
00:52:35총매 물질이더라
00:52:37광전기와
00:52:38반응을 할 수 있더라
00:52:39라는 것을
00:52:40저희가
00:52:41실험을 통해서
00:52:42확인을 했습니다
00:52:43다시 말해서
00:52:45어떤
00:52:46공장이나
00:52:47특별히
00:52:48철강산업에서
00:52:50배출되는
00:52:51이산화탄소
00:52:51가스의 경우에는
00:52:52황이라는
00:52:53물질이
00:52:54들어갈 수밖에 없습니다
00:52:55왜냐면
00:52:56황화철이라는 것을
00:52:57환원하면서 나오는
00:52:59그런
00:53:01설포
00:53:02황 계열의
00:53:03불순물이
00:53:04언제나
00:53:04포함될 수밖에 없거든요
00:53:06근데
00:53:07그 황 계열의
00:53:08불순물이 있어도
00:53:10이산화탄소를
00:53:11환원하는데
00:53:13퍼포먼스를
00:53:14줄이는 게 아니라
00:53:15오히려 더
00:53:18퍼포먼스를
00:53:19올려주는
00:53:19그런 역할을
00:53:22한다는 것을
00:53:22저희가
00:53:23처음으로
00:53:24확인을 해서
00:53:25보고를 했고
00:53:26논문을
00:53:27게재한
00:53:28이력이 있습니다
00:53:29이제 제가
00:53:31마지막으로
00:53:32발표 드릴 내용은
00:53:33암모니아입니다
00:53:35저도 원래는
00:53:36수소랑
00:53:37이산화탄소
00:53:38환원 쪽에
00:53:39거의 모든
00:53:39연구의 역량을
00:53:40집중해서
00:53:41연구를 하고 있었는데
00:53:42최근 한
00:53:433년 전부터
00:53:44이제 이 업계에서
00:53:46이야기가 나오기 시작했습니다
00:53:48우리가 수소를 잘 만들었을 때
00:53:52뭐 안 되는 것까진 좋다
00:53:54그런데 이 수소를
00:53:55최종 사용처까지
00:53:57배송하고
00:53:58이송하고
00:53:59트랜스포트를 해야 되는데
00:54:01수소가
00:54:02기체라서
00:54:03너무
00:54:04운송하기 힘들다
00:54:05라는 거죠
00:54:06고압가스를 쓰자니
00:54:07뭔가
00:54:08많이 못 싣고
00:54:09이거를
00:54:10액화시키자니
00:54:11영하
00:54:12253도
00:54:13또
00:54:14아래로
00:54:15굉장히
00:54:16극저온으로
00:54:16온도를 낮춰야 돼서
00:54:18비용이 많이 들더라
00:54:19라는게
00:54:20이슈가 되고 있죠
00:54:22그래서
00:54:23이
00:54:24액화수소를
00:54:24대체하기 위해서
00:54:26최근에 좀 많이
00:54:27점점점
00:54:28각광받고 있는
00:54:29소재 중에 하나가
00:54:30암모니아입니다
00:54:31그래서 NH3가
00:54:32이제 암모니아인데요
00:54:33이 암모니아는
00:54:35영하
00:54:3633도씨 정도에서
00:54:37쉽게
00:54:37액화가 될 수 있습니다
00:54:39영하
00:54:40253도씨면
00:54:41우리가 흔히
00:54:42그냥 접근할 수 없는 온도
00:54:44라고 보시면 되고
00:54:45영하
00:54:4533도 정도면
00:54:47조금 좋은 냉동실
00:54:48가지고 계신 분들은
00:54:50영하
00:54:5133도 구현할 수 있겠죠
00:54:52암모니아 가스를
00:54:54냉동실에 넣어 놓으면
00:54:56이게 이제
00:54:56액화가 될 수 있다는 거죠
00:54:58기체 상태로 들고 다니면
00:55:00너무 부피가 커서
00:55:03운반하기 힘들지만
00:55:04이거를 액화시키면
00:55:05훨씬 더 부피가 줄어들고
00:55:07운송하기 쉬워지고
00:55:09운송 비용이 절감되고
00:55:10하는 장점들이 있겠죠
00:55:12이런 것들의 장점을
00:55:16저희가
00:55:20알고 있어서
00:55:22저도
00:55:23지난 한 3년 전부터
00:55:25암모니아를 어떻게
00:55:27조금 깨끗한 방식
00:55:29요즘 말로는 그린 암모니아죠
00:55:31그린 암모니아를 생성할 수 있는 방법에 대해서
00:55:34연구를 시작했고
00:55:36특별히 제가
00:55:38암모니아를 만드는 소스가
00:55:40바로 이
00:55:40나이트레이트
00:55:41NO3-입니다
00:55:43이 NO3-가 뭐냐면
00:55:45우리가
00:55:46암모니아를 만들면
00:55:47현재는 대부분의 암모니아가
00:55:50이
00:55:50비료 물질로
00:55:51사용하게 됩니다
00:55:52암모니아를
00:55:53사용해서
00:55:54비료로 사용하게 되면
00:55:55이 비료 안에 있던
00:55:57암모니아가
00:55:58산화하면서
00:55:59이런
00:55:59NO3-라는
00:56:01나이트레이트로
00:56:01바뀌게 되고
00:56:02이런 것들이
00:56:03이제 땅이 흡수되고
00:56:04결국은
00:56:05지하수를 통해서
00:56:06강이나 호수로
00:56:07흘러나오게 되죠
00:56:08마찬가지로
00:56:09뭐 케미컬이나
00:56:10이런
00:56:11연료를 만드는
00:56:12회사에서 만든
00:56:13그런
00:56:14나이트레이트 같은 것들도
00:56:15가스를 통해서
00:56:16산성비가 내리면
00:56:18다시
00:56:18지하수나
00:56:19웨이스트워터
00:56:20형태로
00:56:21모이게 됩니다
00:56:22이런 것들이
00:56:23모인게
00:56:24이렇게
00:56:25사진을 찍어보니
00:56:27우리나라는
00:56:28그렇게
00:56:29농업 산업이
00:56:29크지 않기 때문에
00:56:30비료 사용량이
00:56:31많지 않죠
00:56:32그런데 이제
00:56:33미국
00:56:34특히
00:56:34오데오 주변에 가면
00:56:35되게 거대한
00:56:37농화질을 가진
00:56:38그런
00:56:39공간들이 많습니다
00:56:40매년
00:56:41초여름
00:56:43아니면
00:56:44봄쯤에 가면
00:56:45이 호수 주면이
00:56:47이렇게
00:56:47푸르게 변해져 있는
00:56:49초록색으로 변해지는
00:56:50녹조 현상을
00:56:51발견하실 수 있는데요
00:56:53조금 더 가까이 가보면
00:56:54이 녹조 현상 때문에
00:56:56일어난
00:56:57여러가지
00:56:57환경문제나
00:56:58생태계 파괴 같은 것들이
00:57:00문제가 되고 있습니다
00:57:01그래서 아직까지는
00:57:02이
00:57:02NO3-가
00:57:05우리나라의 경우에는
00:57:06큰 문제가 없지만
00:57:07농경 산업이 활발한 나라들에서는
00:57:10굉장히 큰 문제를 일으키고 있고
00:57:12실제로
00:57:13한
00:57:146천만 명 정도의
00:57:15미국인들이
00:57:16미국 인구가 한
00:57:173억에서
00:57:184억 명 정도 된다고
00:57:19얘기하잖아요
00:57:206천만이면 거의
00:57:22인구의
00:57:2220% 정도가 되는
00:57:23그런 많은 양의
00:57:25사람들입니다
00:57:25이 인구가
00:57:27높은 양의
00:57:28이런
00:57:28NO3-에 노출이 돼서
00:57:30실제로
00:57:31이게
00:57:31다양한
00:57:33암이라든지
00:57:34다양한 질병을
00:57:35야기할 수 있는
00:57:36그런 위험에
00:57:37노출되어 있다
00:57:38라는 겁니다
00:57:39그렇다면
00:57:40제가 연구를 잘하면
00:57:42이런
00:57:42NO3이라는
00:57:43물질을 다시
00:57:44이렇게
00:57:45암모니아
00:57:46NH3이라는
00:57:47물질로
00:57:47변환을 해서
00:57:49이거를 다시
00:57:50비료로 사용을 하고
00:57:51다시 나온
00:57:51NO3는 또
00:57:52암모니아로 변환하고
00:57:53이런
00:57:54사이클을
00:57:55형성할 수 있지
00:57:56않을까
00:57:57라고 생각하면서
00:57:58이 연구를
00:57:58수행을 하기 시작했습니다
00:58:00그래서 제가
00:58:01하는 연구는
00:58:01주로
00:58:02이 NO3를
00:58:04NH3로
00:58:04바꿔주는
00:58:05그런
00:58:06화학반응을
00:58:07연구하고 있다
00:58:08라고 보시면
00:58:10어떤 소재를
00:58:11사용했는지는
00:58:12쭉 넘어가도록
00:58:13하고
00:58:14제가 평가한
00:58:15소재들 중에서
00:58:16제일 좋은
00:58:17특성을 보인게
00:58:17이 코발트나
00:58:19니켈의
00:58:20소재들이
00:58:21갈륨 나이트라이드
00:58:22라는
00:58:22나노와이어
00:58:23위에 올라갔을 때
00:58:24되게 선택적으로
00:58:25암모니아를 잘 만드는
00:58:27그런
00:58:27총매 소재였다
00:58:28라는 걸 보여주는
00:58:29그래프
00:58:29여기는 되게
00:58:32기술적인 내용들이라서
00:58:33좀
00:58:34넘어가도록 하겠습니다
00:58:35그래서
00:58:35카파라는 소재를 썼을 때는
00:58:38어떤
00:58:40이런
00:58:41나이트레이트나
00:58:42나이트라이트라는
00:58:43물질이
00:58:44표면이랑
00:58:45어떤 식으로
00:58:45바인딩하느냐에 따라서
00:58:47이게
00:58:48암모니아가 될 수 있고
00:58:49될 수 없고
00:58:50이런게
00:58:51결정되긴 하는데
00:58:52어쨌든
00:58:53조총매라는 것을
00:58:54어떤 것을
00:58:55쓰느냐가
00:58:56굉장히 중요하다
00:58:57라는 것을
00:58:58실험과
00:58:58계산 결과를 통해
00:59:00확인을 했습니다
00:59:01그래서
00:59:02마찬가지로
00:59:04우리가
00:59:04갈륨 나이트라이드와
00:59:06실리콘으로
00:59:06이루어져 있는
00:59:08광정극을
00:59:08사용했을 때가
00:59:09실리콘 태양전지 위에
00:59:11바로 이런
00:59:11총매를 올린 것보다
00:59:12훨씬 더
00:59:13우수한 특성을
00:59:14보인다
00:59:15라는 것을
00:59:15실험을 통해서
00:59:16확인을 하였다
00:59:18라는
00:59:19넘어가서
00:59:20이제
00:59:21유레아 얘기도
00:59:22한번 짚고
00:59:23넘어가도록 하겠습니다
00:59:25이
00:59:25유레아 라는게
00:59:26결국은
00:59:28비료입니다
00:59:28비료
00:59:28여러분들이
00:59:30제가 앞서서
00:59:30설명을 했지만
00:59:31이 암모니아는
00:59:32되게 유명한
00:59:34하버버시 프로세스를
00:59:35통해서
00:59:35만들어주게 되거든요
00:59:36이
00:59:37하버버시 프로세스가
00:59:38뭐냐 라고
00:59:39간단하게
00:59:39말씀드리면
00:59:40공기 중에 존재하고 있는
00:59:42질소에서
00:59:43질소를 추출해 내고
00:59:45공기 중에
00:59:46한 78%가 질소죠
00:59:49그 질소를
00:59:51좀
00:59:52고순도로 추출해 내고
00:59:54또 고순도 수소를
00:59:56적절한 비율로
00:59:58섞어준 다음에
00:59:58고온
01:00:00고압에서
01:00:01반응을 시켜주게 되면
01:00:02암모니아가
01:00:03만들어지게 됩니다
01:00:04이
01:00:05만들어진 암모니아를
01:00:06이산화탄소랑
01:00:08한 번 더
01:00:08반응시켜 주게 되면
01:00:09이렇게
01:00:10유레아 라는
01:00:11요소죠
01:00:12한국말로는
01:00:13요소 라는
01:00:14화학물질을
01:00:15만들어 줄 수도 있고
01:00:16실제로
01:00:17요소 라는
01:00:18녀석이
01:00:19비료로
01:00:20사용되고 있습니다
01:00:20여러분들은
01:00:22잘 모르겠지만
01:00:23요소라는 것이
01:00:24만들어지는
01:00:25마켓 사이즈가
01:00:27어마어마합니다
01:00:28여기
01:00:29179밀리언턴
01:00:31이라고 써있는데
01:00:32이게
01:00:33약
01:00:351조
01:00:368천만 톤 정도가
01:00:38매년 만들어지고
01:00:39있다라는 거고
01:00:40실제로 이
01:00:41마켓 사이즈를
01:00:42비교하시면
01:00:44132밀리언
01:00:45달러죠
01:00:451밀리언 달러가
01:00:471조원인 걸로
01:00:49알고 있는데
01:00:50약한
01:00:50130조원 이상 되는
01:00:52거대한
01:00:53마켓을
01:00:53형성하고 있는 것이
01:00:54유레아라는
01:00:56물질입니다
01:00:57그래서
01:00:58요런 것들이
01:00:59요런 식으로
01:01:00형성을 하게 되는데
01:01:00마찬가지로
01:01:01유레아라는 걸
01:01:03만들게 되면
01:01:03중간중간에
01:01:04이산화탄소가
01:01:05발생하는 것을
01:01:06알 수가 있죠
01:01:07그래서
01:01:08마찬가지로
01:01:09그린 암모니아를
01:01:10만든 것처럼
01:01:11그린 유레아도
01:01:12우리가 만들면
01:01:13좋을 것 같다
01:01:15라고 해서
01:01:15저도
01:01:16그런 흐름에 따라서
01:01:18또
01:01:19이산화탄소와
01:01:20나이트레이트를
01:01:21물속에
01:01:23녹인 다음에
01:01:23그거를
01:01:24이제 광전기
01:01:25화학반응을 통해서
01:01:26어떤
01:01:27유레아라는 물질을
01:01:28선택적으로
01:01:29생산하는
01:01:30그런 연구도
01:01:31현재 수행을 하고 있다
01:01:32그리고
01:01:33저희가 만든 소재가
01:01:34기존에 보고되어 있던
01:01:36다른 소재들보다
01:01:37되게
01:01:37우수한
01:01:38선택성과
01:01:39효율을 보이고 있는
01:01:40책성을 보여서
01:01:41논문을 게재한 경험도 있다
01:01:43라는 것을
01:01:44이제
01:01:45말씀을 드리겠습니다
01:01:46그래서
01:01:48오늘
01:01:48그
01:01:49강의에서
01:01:50정리해서
01:01:51말씀을 드리면
01:01:57결국은
01:01:58이
01:01:59광전기 화학이라는 게
01:02:01나뭇잎이랑 비슷하게 작동을 하는 겁니다
01:02:05여러분들
01:02:06나뭇잎에서 일하는
01:02:07광합성이라는 얘기 많이 들어보셨죠
01:02:10근데 최근에는
01:02:12이
01:02:12포토신테시스가
01:02:13광합성인데
01:02:14여기 앞에
01:02:15Artificial 이라는 말
01:02:17한국말로는
01:02:18인공광학성이죠
01:02:19다시 말해서
01:02:21이런
01:02:21푸른
01:02:22낙엽잎이 하는 역할을
01:02:24어떤
01:02:24반도체 소재와
01:02:26총매 반응을 통한
01:02:27또
01:02:27광전기 화학 반응
01:02:29또는 광총매 반응을 통해서
01:02:30빛 에너지를
01:02:32이용을 해서
01:02:33우리가
01:02:34유용한
01:02:34케미컬이나
01:02:35연료나
01:02:36뭐 이런 것들을 만드는
01:02:38마치
01:02:39나뭇잎처럼
01:02:40이런 광합성을 하는 소재에 대한 관심이 많이
01:02:43어
01:02:43증폭되고 있는 상황이고
01:02:45저는
01:02:46이런 연구를 하는 사람이다
01:02:48라고 기억해 주시면 좋을 것 같고
01:02:50이런 것들이 주로 어디에 쓰일 것 같냐
01:02:52라면은
01:02:53가장 먼저 이제
01:02:54하이드로젠 이코노미
01:02:55수소경제에 가장 큰 중추적인 역할을 하겠죠
01:02:57태양 에너지를 이용을 해서
01:02:59수소를 만든다
01:03:00얼마나
01:03:01아이디얼하고
01:03:02이상적인 방법이니까
01:03:03그래서
01:03:04뭐 수소를 생산하는 것도
01:03:06그린 암모니아를 생산하는데
01:03:07사용될 수 있는
01:03:08미래의 기술이다
01:03:09라고 기억해 주시면 좋을 것 같고
01:03:11추가적으로
01:03:12앞서 말씀드린
01:03:14이산화탄소 환원과 같은
01:03:15CO2 캡처
01:03:17CO2 유틸라이제이션 같은 데도
01:03:19어
01:03:19적용할 수 있는
01:03:20그런 기술을
01:03:22제가 연구하고 있다
01:03:23라고
01:03:24보시면 될 것 같습니다
01:03:26어
01:03:27제가 준비한 수업 내용은 여기까지고
01:03:30혹시라도 나중에
01:03:31궁금하거나
01:03:32또
01:03:33질문하시고 싶은 내용이 있으면
01:03:35어
01:03:36제 이메일 이제
01:03:37저희
01:03:39저희
01:03:39대학원 홈페이지에 들어가면은
01:03:40제 주소
01:03:41이메일 주소를 찾을 수 있는데
01:03:43보내주시면은
01:03:44어
01:03:44답변을 드리도록 하겠습니다
01:03:46오늘 또한
01:03:48한 시간
01:03:48조금 넘는 시간 동안
01:03:49수업 들으시느라
01:03:51고생 많으셨고
01:03:52어
01:03:53앞으로 또 이 수업을 통해서
01:03:55많은
01:03:56전공지식
01:03:56또 전공외 지식들도
01:03:58어
01:03:58많이 배우실 수 있기를
01:04:00바랍니다
01:04:01네
01:04:02그럼
01:04:02오늘 수업은 여기서
01:04:04마치도록 하겠습니다
01:04:05감사합니다
01:04:05감사합니다
01:04:06고맙습니다
01:04:08고맙습니다
01:04:09고맙습니다
01:04:09고맙습니다
01:04:09고맙습니다
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