이론상 최대가 되는 100%에 가까운 양자 수율(광자의 이용 효율)로 물을 수소와 산소로 분해하는 광촉매의 개발에 성공했다고 신에너지·산업 기술 종합 개발 기구, 인공 광합성 화학 공정 기술 연구 노조, 신슈대학, 야마구치대학, 도쿄대학, 산업기술종합연구소의 공동연구그룹이 발표했다.
태양광 에너지를 이용하여 물을 수소와 산소로 분해할 수 있다면, 수소를 깨끗하게 제조할 수 있다.이를 위해서는 태양광 에너지 변환 효율을 향상시키는 광촉매의 개발이 필요하지만, 지금까지 개발된 광촉매에서는 양자 수율이 50%에 달하는 것조차 거의 보고가 없었다.
본 연구에서는 대표적인 산화물 광촉매 중 하나인 SrTiO3(Al 도프)를 이용하여 플럭스법에 의해 입자 형상을 제어하여 특정 결정면을 노출시킨 후, 광전착법에 따라 다른 특정 결정 표면에 수소 생성 조촉매(Rh/Cr2O3)와 산소 생성 조촉매(CoOOH)를 각각 따로 담지하였다.종래의 광촉매에서는, 전자와 정공의 재결합이 일어나는 것이 양자 수율 저하의 원인이 되었지만, 본 구조에서는, 반도체 미립자 내의 전위 구배에 의해, 여기된 전자와 정공이 각각의 조촉매로 선택적으로 이동하기 때문에, 전자와 정공이 공간적으로 분리되어, 재결합이 거의 완전히 억제된다고 한다.그 결과, 자외광 영역이면서 세계 최초로 100%에 가까운 양자 수율에서의 수분해가 달성되었다.
광에너지 변환의 가장 중요한 요소는 광 여기된 전자와 정공을 일정한 방향으로 이동시키는 것이며, 본 연구에서 개발한 광촉매는 그것을 모델화한 것이라고도 할 수 있다.이번에 사용한 SrTiO3는 밴드 갭이 크고 자외광 밖에 이용할 수 없지만, 보다 밴드 갭이 작고 가시 영역의 파장의 빛을 흡수하는 광촉매에 있어서도 이번에 발견한 촉매 설계 지침을 응용함으로써 태양광 에너지 변환 효율 의 향상을 기대할 수 있다고 한다.
