Using visible rays to produce a large quantity of hydrogen from water…74 times more efficient than previously

Kwon Geon-ho Sep 16, 2014

It is forecast that cars will run on water in the future. The technology for producing a large quantity of hydrogen from water has been developed. If this technology advances, it is predicted that it will establish itself as an innovative source of power for electronic devices as well.

Prof. Lee Jong-hyeop of Seoul National University and his team announced on September 15 that they succeeded in producing 74 times more hydrogen from water using visible rays than using the ultraviolet rays.

Due to environmental pollution and global warming, interest in clean energy, i.e. hydrogen and solar energy, is increasing. Using sunlight to produce hydrogen from water is also actively researched.

Until now most researches have focused on using the UV rays, which have the highest light intensity among the rays of the sun, to produce hydrogen. As UV rays account for only 4% of the rays of the sun, however, there is an inherent limitation to hydrogen production. For this reason, it is necessary to develop the technology for using visible rays, which account for most of the rays of the sun (about 44.4%), to produce hydrogen.

Gold nanoparticles were used to produce hydrogen using visible rays with a low energy level. Gold nanoparticles absorbed visible rays and generated thermal electrons to produce hydrogen. As most thermal electrons fall into pieces at a high speed, i.e. 1000 trillionth of a second and disappear, however, using gold nanoparticles to produce hydrogen was very inefficient and impractical.

The researchers developed the 3-component nanostructure, which attached two nano materials to the gold particle, and drastically improved the life of thermal electrons generated in gold particles, thereby producing a whopping 74 times more hydrogen than the existing gold nanoparticle catalyst. As the new nanostructure can get electric energy from water instead of hydrogen in an environment-friendly way, it is regarded as very useful in solar energy conversion.

“We expect that we will be able to contribute to the clean energy-based industry by innovating the existing energy production system,” said Prof. Lee Jong-hyeop. “If this technology becomes systematized and the energy storage technology is further enhanced, it will be possible to operate consumer electronic product, and for that matter, automobiles on water alone without injection of electricity or fuel from the outside.”

The research result was published in the online version of an international academic journal called ‘Angewandte Chemie’ dated August 28, and the innovative research result and its ripple effect in the field of solar energy conversion were recognized and the paper was picked as a ‘Hot Paper,’ i.e. a noteworthy paper.

Kwon Geon-ho |

가시광선 활용해 물에서 수소 대량 생산…기존 보다 74배 효율

앞으로 물로 가는 자동차가 현실화될 수 있을 전망이다. 물에서 대량으로 수소를 생산할 수 있는 기술이 개발됐기 때문이다. 이 기술이 발전하면 전자기기에서도 혁신적인 동력원으로 자리잡을 전망이다.

서울대 이종협 교수팀은 가시광선을 이용해 물에서 기존 자외선 방식보다 74배나 더 많은 수소를 생산하는데 성공했다고 15일 밝혔다.

환경오염과 지구온난화로 인해 청정에너지인 수소와 태양에너지에 대한 관심이 증대되고 있다. 햇빛을 활용해 물에서 수소를 생산하는 연구도 활발하다.

지금까지 대부분의 연구는 태양광 중 빛의 세기가 큰 자외선을 이용해 수소를 생산하는데 치중했다. 그러나 자외선 양이 태양광 중 4% 수준에 그쳐 수소 생산에 원천적 한계가 있다. 때문에 태양광의 대부분(약 44.4%)을 차지하는 가시광선을 활용한 수소 생산 기술 개발이 요구되고 있다.

에너지 수준이 낮은 가시광을 활용한 수소 생산에는 금 나노입자가 사용됐다. 금 나노입자는 가시광을 흡수해 열전자를 발생시킴으로써 수소를 생산했다. 하지만 대부분의 열전자들이 1000조분의 1초 수준의 초고속으로 붕괴돼 사라지기 때문에 금 나노입자를 활용한 수소 생산 효율 및 실용성이 매우 저조했다.

연구진은 금 입자에 2개의 나노소재를 붙인 3성분계 나노구조체를 개발해 금 입자에서 발생한 열전자 수명을 획기적으로 향상시킴으로써 기존 금 나노입자 촉매에 비해 무려 74배 많은 양의 수소를 생산했다. 이번에 개발한 나노구조체는 물에서 수소 대신 전기에너지도 친환경적으로 얻을 수 있기 때문에 태양광에너지 전환분야에서 활용도가 매우 높을 것으로 평가된다.

이종협 교수는 “기존 에너지 생산 시스템을 혁신해 청정에너지기반 산업에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”며 “이 기술의 시스템화와 함께 에너지저장기술이 더 발전하면 외부로부터 전기나 연료주입 없이 가전기기, 더 나아가 자동차도 물만으로 작동 시킬 수 있을 것”이라고 전망했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘앙게반테 케미(Angewandte chemie)’ 8월 28일자 온라인에 게재됐고, 혁신적인 연구결과와 태양광에너지 전환분야 파급효과를 인정받아 가장 주목받는 논문인 ‘핫페이퍼(Hot Paper)’로도 뽑혔다.

권건호기자 |

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