• 한국재료학회지
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• 제28권4호
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• pp.214-220
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• 2018

We report on the fabrication and photoelectrochemical(PEC) properties of a $Cu_2O$ thin film/ZnO nanorod array oxide p-n heterojunction structure with ZnO nanorods embedded in $Cu_2O$ thin film as an efficient photoelectrode for solar-driven water splitting. A vertically oriented n-type ZnO nanorod array was first prepared on an indium-tin-oxide-coated glass substrate via a seed-mediated hydrothermal synthesis method and then a p-type $Cu_2O$ thin film was directly electrodeposited onto the vertically oriented ZnO nanorods array to form an oxide semiconductor heterostructure. The crystalline phases and morphologies of the heterojunction materials were characterized using X-ray diffraction and scanning electron microscopy as well as Raman scattering. The PEC properties of the fabricated $Cu_2O/ZnO$ p-n heterojunction photoelectrode were evaluated by photocurrent conversion efficiency measurements under white light illumination. From the observed PEC current density versus voltage (J-V) behavior, the $Cu_2O/ZnO$ photoelectrode was found to exhibit a negligible dark current and high photocurrent density, e.g., $0.77mA/cm^2$ at 0.5 V vs $Hg/HgCl_2$ in a $1mM\;Na_2SO_4$ electrolyte, revealing an effective operation of the oxide heterostructure. In particular, a significant PEC performance was observed even at an applied bias of 0 V vs $Hg/HgCl_2$, which made the device self-powered. The observed PEC performance was attributed to some synergistic effect of the p-n bilayer heterostructure on the formation of a built-in potential, including the light absorption and separation processes of photoinduced charge carriers.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제37권3호
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• pp.292-296
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• 2024

In this study, Iron (III) oxide-hydroxide (δ-FeOOH) was successfully synthesized using hydrogen peroxide (H₂O₂) as an oxidizing agent. The synthesis of δ-FeOOH was carried out by controlling the amount of H₂O₂, and pure δ-FeOOH was successfully synthesized in ranges from 0.2 mL to 0.6 mL of H₂O₂. The size of the synthesized δ-FeOOH particles was compared by controlling the amount of oxidant H₂O₂. The average particle size of the synthesized pure δ-FeOOH particles increased from 875.1 nm to 897.2 nm as the amount of H₂O₂ was increased. The optical properties of δ-FeOOH synthesized under these specific conditions were investigated. All δ-FeOOH showed a similar trend of increasing and decreasing light absorption from 800 nm to 400 nm, although there was a slight difference in the amount of light absorption, with the largest amount of light absorption at 410 nm. The band gap energy of δ-FeOOH through the Tauc plot method was about 2.1~2.2 eV when H₂O₂ was 0.2~1.4mL. With a sufficient small particle size, simple control of that particle size, and a small band gap energy enough to absorb light in the visible spectrum, δ-FeOOH could be useful in a variety of applications, including photoelectrochemistry and battery electrodes.

• 공업화학
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• 제26권3호
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• pp.306-310
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• 2015

본 연구에서는 광 전기화학적 물 분해 전극 재료로 이용되는 산화철($Fe_2O_3$, hematite)을 표면적을 크게 하기 위하여 DC 열플라즈마 장치를 이용하여 나노입자로 합성한 후 전극을 제조 시 binder의 종류 및 조성을 다르게 하여 염기성 전해질에서 각각의 물 분해 효율을 측정하는 실험을 진행하였으며 질소 도핑을 통해 질소가 산화철의 광전기화학 반응에 끼치는 영향을 확인하였다. 산화철 전극을 제조하여 solar simulator를 이용한 LSV 실험을 통해 각 전극의 onset potential 및 설정한 전압 범위에서의 최대 전류밀도를 측정하였으며, 전극의 내구성 평가를 위하여 LSV 실험을 반복하여 진행하였다. CMC (carboxymethyl cellulose)를 50 : 1의 비율로 섞어 binder로 이용한 산화철 전극이 가장 높은 전류밀도인 $12mA/cm^2$의 전류밀도를 나타내었고, CMC를 20 : 1 비율로 섞은 binder를 이용할 시 $3mA/cm^2$의 초기 전류밀도를 가지고 약 20회의 반복 실험을 견뎌내는 내구성을 나타내었다. 질소의 도핑이 산화철 나노입자의 광 전기 화학적 반응에 끼치는 영향은 미미한 것으로 확인되었다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제27권2호
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• pp.33-38
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• 2020

광전기화학적 물분해에서 광전극으로 이용되는 GaN은 전해질에 대해 높은 안정성을 가지고 있으며 물의 산화 환원준위를 포함하고 있어 외부전압 없이 물분해가 가능하다. 그러나 GaN 광전극의 경우, 재료 자체의 효율이 낮아 상용화하기에는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 광효율을 향상시키기 위해 Cobalt phosphate(Co-pi) 촉매를 광전기증착(Photoelectro-deposition)방법을 통하여 GaN 광전극에 도입하였다. Co-pi 촉매 증착 후 SEM, EDS, XPS분석을 진행하여 Co-pi의 증착 여부 및 증착 정도를 확인하고, Potentiostat를 이용해 PEC 특성을 분석하였다. SEM 이미지를 통해 Co-pi가 GaN 표면 위에 20~25 nm 사이즈의 클러스터 형태로 고르게 증착되어 있는 것을 확인하였다. EDS 및 XPS 분석을 통해 GaN 표면의 입자가 Co-pi임을 확인하였다. 이 후 측정된 PEC 특성에서 Co-pi를 증착 시킨 후 0.5 mA/㎠에서 0.75 mA/㎠로 향상된 광전류밀도 값을 얻을 수 있었다. 향상된 원인을 밝히기 위하여, 임피던스 및 Mott-Schottky 측정을 진행하였고, 측정 결과, 50.35 Ω에서 34.16 Ω으로 감소한 분극저항(R_p)과 증가된 donor 농도(N_D) 값을 확인하였다. 물분해 전 후, 표면 성분을 분석한 결과 물분해 후에도 Co-pi가 남아있음으로써 Co-pi 촉매가 안정적이라는 것을 확인하였다. 이를 통해, Co-pi가 GaN의 효율 향상을 위한 촉매로서 효과가 있음을 확인하였고, 다른 광전극에 촉매로써 적용시켰을 경우, PEC 시스템의 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.