국내 연구진이 1차원 산화물 반도체 나노튜브/금속 나노입자의 비대칭 나노구조체 내에서 전자-홀쌍의 분리현상을 직접적으로 관찰하고 정량화하여 그 원리를 최초로 규명했다.

신현정 성균관대학교 교수(에너지과학과)와 김윤석교수(신소재공학과)는 배창득·유현준 박사와 공동으로 TiO2 산화물 나노튜브와 금 나노입자가 결합한 나노구조체 내에서 ‘외부 광’에 대한 전자-홀쌍의 거동을 연구했다. 연구팀은 이 과정에서 '광(光) 여기(excited) 전자'가 금 나노입자로 주입되어 TiO2의 표면전위가 바뀌는 것을 형상화, 이를 통해 주입된 전자를 정량화했다.

먼저, 광 응용소자의 광 전극으로 알려진 TiO2를 1차원 나노튜브 소재로 제작한 후 표면에 금 나노입자를 붙여 계면에서의 전자-홀쌍의 분리현상을 연구한 것.

이 연구는 기존의 반도체/금속 접합구조 나노 소자 내에서 광전자(光電子)의 거동과 주입현상에 대한 측정기술을 정립, 정량화함으로써 ‘광전자 응용소자’(광촉매, 광전극, 태양전지)의 효율을 향상할 수 있는 기술적 토대를 구축한 것이어서 학계의 관심을 받고 있다.

신 교수 연구팀의 논문은 나노과학분야의 국제 전문학술지인 ‘나노 레터스’(Nano Letters, IF 13.025) 온라인판 최근호(7월 7일)에 게재됐다. 논문명 ‘Spatial Charge Separation in Asymmetric Structure of Au Nanoparticle on TiO2 Nanotube by Light-Induced Surface Potential Imaging'(비대칭적 금 나노입자/TiO2 나노튜브 나노구조체의 광유도 표면전위 측정을 통한 국부적 전하 분리현상).

신 교수는 “이번 연구는 반도체 나노소자/금속 나노입자 결합 나노구조체에서 전자의 주입현상을 직접 형상화한 최초의 연구”라며 “디바이스 구현없이 전자-홀 쌍의 흐름을 이미징하고 정량화함으로써 향후 광촉매 등 광 응용 에너지소자 내의 전자 흐름을 연구하고 효율 향상을 도모하는 방법을 제시한 것”이라고 연구의의를 설명했다.

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