나노기술 및 정책 정보

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오리건 대학교(University of Oregon) 연구팀이 AFM을 이용하여 반도체 내 광전현상으로 여기된 전자들이 어떻게 나노촉매에 의해 모이게 되는지를 규명함.

연구팀은 촉매 입자의 크기가 100 나노미터(nm) 미만으로 줄어들면 여기된 양전하(홀)의 수집하는 방법이 여기된 음전하(전자)를 수집하는 것보다 훨씬 효율적이었음을 발견함. 이 현상은 여기된 양전하 및 음전하가 재결합하는 것을 방지함을 통해 시스템 효율을 향상시킴. 연구팀은 전극 팁이 달린 AFM을 이용해 나노 미터 규모의 해상도로 여기 된 전하의 흐름을 관찰하였으며,

연구팀은 크기가 다른 금속 니켈 나노 입자로 코팅된 단결정 실리콘 웨이퍼 상에서 물분해를 통한 양전하와 음전하가 생성될 때, 표면을 가로질러 이동하는 평균 전류와 빛에 의해 생성된 평균 전압을 AFM의 전도성이 있는 팁을 이용하여 측정하였음. 이 때, 장치가 작동할 때 측정된 전압이 니켈 나노입자의 크기에 의존하는 것을 확인하였으며, 작은 입자일수록 물분자를 더 잘 분리하고, 음전하와 양전하의 분리상태를 오래 유지시킴을 확인함. 해당 연구는 니켈 나노입자 표면에서 발생하는 공핍영역으로 인한 핀치오프 효과의 발생을 측정하여, 전기 화학 시스템에서 이종 계면 특성을 매핑하는데 성공함.

이번 연구 성과를 통해 빛을 촉매로 물분해를 이용한 수소가스 생산 및 물과 이산화탄소를 이용한 연료 합성 시스템 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 판단됨.

본 연구 성과는 ‘Nature Materials ’ 지에 게재됨