김소원ㆍ함가영ㆍ차효정 고분자 과학과 기술 제 36 권 4 호 2025년 8월 235 유전율을 증가시켜 물 흡수 및 전하 분리에 유리한 환경을 조성하며, 이는 광발광 photoluminescence, PL 강도 감소, 전하 생성 속도 향상, 재결합 억제를 통한 장수명 전하의 증가로 이어졌다. 결과적으로, OEG 고분자는 기존 알킬 기반 고분자 대비 최대 30배 높은 수소 생산 효율을 나타냈다. 이와 같이 전략적이고 정교한 고분자 광촉매 분자 설계를 통해 흡광 범위 확장, 전하 분리 효율 향상, 친수성 증가 등 수소 생산 성능의 결정요인들을 효과적으로 개선할 수 있었으며, 이는 고분자 광촉매의 응용 가능성과 향후 분자 설계 전략의 방향성을 엿볼 수 있게 한다. 2.2 고분자 광촉매의 계면 제어 전략 고분자 기반 광촉매의 계면 특성은 전하의 효과적인 분리와 이동뿐만 아니라, 촉매 표면�...

김소원ㆍ함가영ㆍ차효정 고분자 과학과 기술 제 36 권 4 호 2025년 8월 237 나노입자 크기 또한 수소 발생 효율에 중대한 영향을 미친다. 예를 들어, 웁살라 대학의 Haining Tian 그룹은 유기 고분자의 짧은 엑시톤 확산 거리를 보완하고자 30-50 nm 크기의 나노입자를 설계하여, 표면 계면에서의 전하 분리 효율을 극대화하였다.26 한편, 단일 성분 나노입자는 일반적으로 비효율적인 전하 생성 및 재결합의 한계로 인해 낮은 광촉매 활성을 보인다. KAUST의 Jan Kosco 박사는 단일 성분 기반 나노입자에서 생성된 전하가 나노초 ns 이내의 매우 짧은 수명을 가지며 대부분 재결합되어, 수소 생성에 효과적으로 기여하지 못함을 규명하였다. 반면, 도너억셉터 혼합 DA blend 구조의 나노입자는 엑시톤이 계면에서 효율적으로 분리되어 장수명의 전하를 생성할 수 있어, 광촉매...

특 집 고분자 과학과 기술 제 36 권 4 호 2025년 8월 239 1. 서론 카본나이트라이드 carbon nitride 는 탄소와 질소로만 이루어진 유기화합물이지만, 대부분의 유기화합물이 분자로 존재하는 것과 다르게 결정 구조를 가지고 있어 가시광 영역에 해당하는 밴드갭을 가지는 특별한 유기 반도체다. C3N4의 화학적 조성을 갖는 카본나이트라이드는 α-, β-, graphitic g- , cubic, pseudo-cubic의 다섯 가지 결정구조가 알려져 있으며 그 중 g-C3N4는 광촉매 분야에서 가장 활발히 연구되어 왔다.1 K. Domen 연구진이 g-C3N4을 광촉매로 사용하여 물을 분해하여 수소 기체를 생산한 연구 결과를 발표한 이래로 g-C3N4의 광촉매 활성에 대한 연구가 집중적으로 이루어지고 있다.2 g-C3N4는 물을 분해하여 수소를 생산하는 반응 외에도 이산화탄소를 환원시켜 유용한 탄소 화합물로 변환시키는 반...

이혜승ㆍ조수원ㆍ김인영 고분자 과학과 기술 제 36 권 4 호 2025년 8월 241 도달하는 거리가 짧아질 뿐만 아니라 촉매 반응을 위한 비표면적이 넓어져 반응 속도를 단축시킬 수 있다. 이에 더해 다공성 g-C3N4에 그래핀, MoS2 나노시트와 같이 g-C3N4보다 좋은 전기전도도를 갖는 화합물을 혼성화시켜 광촉매 활성을 향상시키기도 하였다. g-C3N4에 다른 화합물을 혼성화하는 이유는 비단 g-C3N4의 낮은 전기전도도를 개선하기 위해서만은 아니다. 혼성체 내 화합물간 강한 결합은 새로운 밴드 구조를 야기하여 빛 흡수 파장 영역을 넓히거나 짝반응의 가속화 등을 촉진시키는 효과가 있다. 2.2 고결정성 g-C3N4 g-C3N4의 광촉매 활성은 g-C3N4의 결정성과 어느정도 비례한다. g-C3N4의 광촉매 활성이 원칙적으로 g-C3N4의 결정 구조에서 기인하고, 표면이나 내부의 결함을 줄여 전...

이혜승ㆍ조수원ㆍ김인영 고분자 과학과 기술 제 36 권 4 호 2025년 8월 243 1.76 eV로서 카본나이트라이드의 가시광 흡수능이 700 nm 까지 매우 확장되었음을 의미한다. 또한 아조 결합을 통해 비편재화된 π electron 덕분에 광생성된 전하 분리가 잘 되어 g-C3N4에 비해 월등히 감소된 형광 특성과 매우 증가한 광전자 수명시간을 나타냈다. 아조 연결된 C3N5는 메틸렌 블루 염료 광분해 실험에서 g-C3N4보다 매우 향상된 광촉매 효율을 나타냈으며 광전류 발생량도 높았다. K. Shankar 연구진은 아조 연결된 C3N5를 MAPbBr3 기반 페로브스카이트 태양 전지의 전자 수송층으로 응용했을 때 1.3 V의 높은 개방 전압을 얻었다. 탄소 기반 소재가 전자 수송층으로 사용된 사례가 거의 없었음에도 불구하고 아조 연결된 C3N5가 전자 수송층으로 사용되어 높은 개방 전압을 얻을 수 있었�...