하이드로젤로 보호된 광전극의 구조 안정 메커니즘 규명 

기후 위기에 대응하기 위해, 탄소 배출 없이 수소 에너지를 생성하는 '광전극'을 상용화를 위한 연구가 각광받고 있다. 기계공학과 이형석 교수 연구팀은 신소재공학과 문주호 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 하이드로젤 기반의 보호층이 태양광과 물로 수소를 생산하는 ‘광전극’의 구조 손상을 방지하는 메커니즘을 규명하였다. 광전극에서 발생하는 수소 기체 분자들은 일정 농도 이상에서 기체 버블을 형성하며 전극 표면에 기계적 스트레스를 인가하여 표면 촉매의 손상을 유발한다. 최근, 물을 머금은 3차원 폴리머인 하이드로겔을 광전극에 코팅하면 광전극의 구조 손상이 억제될 수 있다고 보고되었다. 본 연구에서는 광전극에 코팅되는 하이드로겔 기반 보호층의 다공성 구조를 크라이오겔레이션 기법으로 엔지니어링함으로써, 다공성 구조가 광전극 손상 방지에 미치는 영향을 분석하였다. 추가적으로, 다공성 물질 내 수소 버블의 동적 거동에 대한 이론 및 수치해석 분석을 통해, 보호층에 갇힌 기체 버블의 동적 거동의 적절한 제어를 통해 장시간 유지가 가능한 광전극의 개발이 가능함을 밝혔다. 본 연구 결과는 세계적 저널 Nature지의 자매지인 Nature Communications지(Impact Factor 16.6, 다학제 과학 분야 상위 7.5%)’에 2월 19일 온라인 게재되었다.

관련 논문 링크: https://www.nature.com/articles/s41467-024-45701-5