화학공학/고분자공학부의 김정규 교수 연구진은 균일한 크기와 모양으로 최적화된 구형의 금 나노 구체를 정렬된 패턴구조를 갖도록 단일층으로 배열한 어레이를 매우 간단한 Transfer-printing을 통해 판박이 스티커처럼 원하는 위치에 붙이는 기술을 개발하였고, 금 나노 구체 어래이의 플라즈모닉 에너지 전달 현상을 통해 태양광으로부터 강한 전자기장을 유도함으로써, 청정 수소에너지 생산을 위한 태양광 물 분해 전극의 성능을 극대화했다. 

정렬된 나노 패턴으로 배열되는 단일층 구조를 금속산화물로 이루어진 전극 필름 표면에 스티커를 붙이듯이 붙이고 태양광을 받게 하면, 플라즈몬 에너지 전달 현상에 의해 금속산화물 표면에 강한 전자기장이 형성된다. 형성된 전자기장은 금속산화물 내부에서 전자와 전공의 재결합을 방지하고, 금속산화물 표면의 정공을 오래 살아남게 하며, 이와 동시에 태양광 흡수 효율을 증가시킴으로써 태양광 물 분해 성능을 3배 이상 증가시켰다. 

특히 이번 연구결과는 대기압의 공기 중에서 원하는 위치에 원하는 모양으로 개발된 소재를 붙일 수 있어서 다양한 소자로의 응용이 매우 용이하다는 장점이 있다.

이번 연구를 통해 개발된 기술은 김정규 교수팀에서 2018년 10월 ‘Advanced Energy Materials’에 게재된 연구결과 (논문제목: Mo:BiVO4 Solar Water Splitting with Patterned Au Nanospheres by Plasmon-Induced Energy Transfer)를 통해 개발된 기술을 한층 더 발전시킨 것으로, 태양광 수소에너지 및 태양전지와 같은 에너지 변환 소재뿐 아니라 정보전자소자, 메모리, 디스플레이 등 금속산화물을 사용하는 전 분야 응용될 수 있는 넓은 범용성을 보인다.

이번 연구결과는 세계적 권위의 학술지 ‘Advanced Energy Materials’ (IF: 24.88) 에 2020년 4월 24일 날짜로 온라인에 게재되었다.

*논문제목: Retarded Charge–Carrier Recombination in Photoelectrochemical Cells from Plasmon‐Induced Resonance Energy Transfer
*참여연구진: 이병완 (1저자, 성균관대 박사과정), 김정규 (교신저자, 성균관대 조교수)