에너지 응용 분야에서 다기능 산화환원 광촉매를 위한 쌍결정 구조를 갖는 ZnCoS/ZnCdS의 합성 및 성능 평가

우리 팀은 청정 에너지와 환경을 위한 하이브리드 나노구조를 연구하며, 태양광에서 화학적 전환과 광촉매 및 전기촉매를 통한 환경 정화의 효율, 선택성 및 확장성을 향상시키는 나노촉매 메커니즘에 중점을 두고 있습니다. 최근 발전으로는 2D 나노재료, 탄소 기반 나노복합재, 메타황산염 기반 헤테로접합이 포함되며, 이는 수소 진화, CO2 전환, 플라스틱 재형성 및 유기 합성 분야의 광산화환원 응용을 위한 것으로, 태양광의 화학적 효율성과 지속 가능성을 높이고 있습니다. 저는 인공 광합성과 광열 촉매를 위한 첨단 나노촉매 개발에 집중되어 있으며, 태양광 기반 수소 및 합성가스 생산에 큰 개선을 이루는 동시에 지속 가능한 에너지 전환을 이끄는 기본 표면 화학과 반응 메커니즘을 중심으로 합니다.

우리 프로토콜은 빠른 투척, 워르치트, 아연 및 아연 결합부, 아연 구리 황화물 전자 저장소 사이에서 아연 구리 황화물 위에서 아연 구리 황화물을 활용하여, 우수한 전하 분리, 가시광선 활용, 이중 기능 수소 진화 및 벤자알데히드 생산을 크게 향상된 효율성으로 가능하게 합니다. 향후 연구는 일산화탄소 전환, 메탄 전환, 질산염-암모니아 변환, 수소 생산 및 저장, 바이오매스 전환, 플라스틱 업사이클링을 위한 첨단 광촉매 및 전기촉매 설계에 집중되며, 5% 이상의 효율을 가진 확장 가능하고 효율적이며 지속 가능한 태양광-화학 에너지 응용을 달성하는 것을 목표로 합니다. 우선, 작업 표면에 100밀리리터 비커를 놓고 40밀리리터의 에틸렌 글리콜 용액을 부어보세요. 주걱을 사용해 아연 아세테이트 이하이드레이트, 코발트 아세테이트 테트라하이드레이트, 티오아세트아마이드를 용액에 넣습니다.

용액을 30분간 초음파 처리에 노출시킵니다. 그 후 상온에서 4시간 동안 계속 저어줍니다. 결과 혼합물을 100밀리리터 합성 폴리머 라이닝 스테인리스 스틸 오토클레이브에 옮깁니다.

그 후 용액을 예열한 오븐에 옮기고 180도 섭씨에서 12시간 가열합니다. 원심분리기를 사용해 짙은 회색 침전물을 수집합니다. 그 후 침전물을 세 번, 각각 탈이온수와 에탄올로 세척합니다.

세척된 짙은 회색 샘플을 오븐에서 60도 섭씨에서 하룻밤 건조하면 짙은 회색 아연 코발트 황화물 분말이 됩니다. 아연 카드뮴 황화물을 합성하려면 40밀리리터의 탈이온수를 100밀리리터 비커에 부어줍니다. 주걱을 사용해 아연 아세테이트 이하이드레이트, 카드뮴 아세테이트 이하이드레이트, 황화나트륨 하이드레이트, 티오아세트아마이드를 용액에 첨가합니다.

용액을 30분간 초음파 처리한 후 상온에서 3시간 동안 저어줍니다. 다음으로, 교반한 용액에 0.2몰 수산화나트륨 수용액을 떨어뜨려 pH를 7.0으로 조절합니다. 조정된 용액을 100밀리리터 합성 폴리머 라이닝 스테인리스 스틸 오토클레이브에 옮깁니다.

그 후 용액을 오븐에 넣고 180도 온도에서 24시간 가열합니다. 원심분리기를 사용해 노란빛 침전물을 수집한 후, 탈이온수와 에탄올로 각각 세 번 세척합니다. 세척된 노란빛 침전물을 오븐에 옮긴 후 60도 섭씨에서 하룻밤 건조하여 아연, 카드뮴 황화물, 고체 분말을 만듭니다.

광촉매를 합성하기 위해, 4밀리그램의 아연 코발트 황화물과 0.196그램의 아연 카드뮴 황화물을 40밀리리터의 탈이온수에 용해시킵니다. 초음파 검사 후 노란빛 침전물을 수집한 후, 샘플을 세 번 세척하는데, 각각 탈이온수와 에탄올로 세척합니다. 세척된 노란빛 침전물을 오븐에 옮기고 60도에서 하룻밤 건조합니다.

최종 제품은 노란빛이 도는 아연 코발트 황화물과 아연 카드뮴 황화물 고체 분말입니다. 합성 광촉매 20밀리그램과 벤질 알코올 수용액 60밀리리터를 100밀리리터 비커에 첨가합니다. 비커를 초음파 세척기에 넣고 30분간 초음파 검사를 하세요.

그 후 용액을 3넥 상단 방사로 셀로 옮기고 자기 교반봉을 삽입합니다. 반응 과정 내내 용액을 천천히 저어주는 상태로 유지하세요. 다음으로, 원자로 셀의 하류 쪽에 수분 차단기를 연결하세요.

그 다음, 출구를 가스 크로마토그래피 시스템의 가스 샘플링 루프 입구에 연결합니다. 더 나아가, 가스 샘플링 루프 출구를 원자로 셀 입구에 연결하여 폐쇄형 가스 순환 시스템을 형성합니다. 원자로를 유리창으로 밀봉하세요.

그 후 질소 가스를 분당 50밀리리터의 유량으로 30분 동안 원자로를 통해 퍼지하여 내부의 모든 공기를 제거합니다. 이제 연동 펌프를 켜고 유량을 분당 20밀리리터로 설정해 폐쇄 가스 순환 시스템 내에서 질소 가스를 순환시키세요. 제논 램프를 15볼트로 켜고, 빛이 유리창을 통해 원자로 내부의 용액에 도달하도록 위치를 조정하세요.

반응이 완료되면 0.22마이크로미터 나일론 주사기 필터를 사용해 현탁액의 1밀리리터를 여과합니다. 여과된 현탁액을 탈이온수로 희석하여 1과 9의 비율로 섞으세요. 마지막으로, 포토다이오드 배열 검출기와 고성능 100 옹스트롬 컬럼이 장착된 고성능 액체 크로마토그래피 시스템을 사용하세요.

고해상도 투과 전자현미경 이미지는 아연 카드뮴 황화물 내 아연 상과 워치사이트상의 공존을 확인했으며, 두 결정 도메인을 명확히 구분하는 단계 경계를 보였다. 아연 코발트 황화물과 아연 카드뮴 황화물 이형접합의 간기 구조가 뚜렷하게 관찰되어, 아연-코발트 황화물이 아연-카드뮴 황화물의 아연 및 워츠사이트 간기에서 성공적으로 통합되었음을 입증하였다. 자외선 가시광선 흡수 스펙트럼은 아연 카드뮴 황화물이 아연 코발트 황화물에 비해 가시광선 영역에서 더 높은 흡수성을 보였으며, 아연 코발트 황화물과 아연 카드뮴 황화물 이종접합은 아연 카드뮴 황화물 단독 흡수율보다 약간 향상된 흡광도를 보였다.

아연 카드뮴 황화물의 광학 밴드 갭은 토크 플롯 분석을 기반으로 약 2.49 전자로 계산되었습니다. 질소 흡착/탈착 등온선 분석 결과, 아연 코발트 황화물 및 아연 카드뮴 황화물 샘플이 중간공성 특성을 보였으며, 상대 압력 약 1.0에서 흡착이 급격히 증가하는 것으로 나타났습니다. 아연 코발트 황화물과 아연 카드뮴 황화물의 공극 분포는 주로 25나노미터에서 35나노미터 사이에 농축되어 있어 이 물질의 중간공성 특성을 확인시켜 주었습니다.