C60를 이용한 TiO2(110) 위 물 분해의 단분자 연구

Abstract

TiO2가 광촉매 효과를 통해 물을 분해하여 친환경적으로 수소를 만들어낼 수 있다는 사실이 알려진 이후 광촉매에 의한 물분해의 관심이 증가하였다. 하지만 일함수가 큰TiO2는 자외선 영역에서만 전자-홀쌍을 만들어 물을 분해하기 때문에 태양광 조건에서는 물분해 수율이 낮은 단점이 있다. 최근에는 TiO2에 도핑을 하거나 금속이온을 그래프팅하거나 탄소재료 물질로 표면처리를 하여 TiO2의 광촉매 효율을 높이는 연구가 진행되고 있다. 그 중 플러렌(C60)은 강한 acceptor역할을 하는 자가조립분자로써TiO2의 전자-홀쌍의 재결합 시간을 늘리거나 TiO2를 가시광선영역에서도 반응하게 하기 위해 도입되어왔다 . 본 연구에서는 주사터널링현미경(STM)을 사용하여 TiO2와 C60 계면에서의 전하 이동이 물분해에 미치는 영향을 알아보았다. C60가 흡착된 TiO2 표면에서는 물이 분해되어 OH와 H로 분해되어 Ti atom위에 존재하였다. 이것은 전자가 아닌홀에 의한 산화반응으로 물이 분해하였음을 의미한다. C60가 TiO2(110) 표면에 흡착된 경우 STS 측정 시 역방향 바이어스에서의 TiO2의 전도도가 증가하였다. 이는 TiO2 표면에 홀의 농도가 늘어난 것을 나타낸다. 이러한 C60 흡착에 의한 TiO2(110) 표면에서의 홀농도 증가는 Hall measurement와 계산 결과에서도 확인할 수 있었다.