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ISSN : 1225-0562(Print)
ISSN : 2287-7258(Online)
Korean Journal of Materials Research Vol.30 No.5 pp.239-245
DOI : https://doi.org/10.3740/MRSK.2020.30.5.239

ZnO Nanorod Array as an Efficient Photoanode for Photoelectrochemical Water Oxidation

Jong-Hyun Park, Hyojin Kim†
Department of Materials Science and Engineering, Chungnam National University, Deajeon 34134, Republic of Korea
Corresponding author E-Mail : hyojkim@cnu.ac.kr (H. Kim, Chungnam Nat’l Univ.)
January 13, 2020 April 9, 2020 April 9, 2020

Abstract


Synthesizing one-dimensional nanostructures of oxide semiconductors is a promising approach to fabricate highefficiency photoelectrodes for hydrogen production from photoelectrochemical (PEC) water splitting. In this work, vertically aligned zinc oxide (ZnO) nanorod arrays are successfully synthesized on fluorine-doped-tin-oxide (FTO) coated glass substrate via seed-mediated hydrothermal synthesis method with the use of a ZnO nanoparticle seed layer, which is formed by thermally oxidizing a sputtered Zn metal thin film. The structural, optical and PEC properties of the ZnO nanorod arrays synthesized at varying levels of Zn sputtering power are examined to reveal that the optimum ZnO nanorod array can be obtained at a sputtering power of 20W. The photocurrent density and the optimal photocurrent conversion efficiency obtained for the optimum ZnO nanorod array photoanode are 0.13 mA/cm2 and 0.49 %, respectively, at a potential of 0.85 V vs. RHE. These results provide a promising avenue to fabricating earth-abundant ZnO-based photoanodes for PEC water oxidation using facile hydrothermal synthesis.



광전기화학적 물 산화용 산화아연 나노막대 광양극의 합성 및 특성평가

박 종현, 김 효진†
충남대학교 공과대학 신소재공학과

초록


    Chungnam National University

    © Materials Research Society of Korea. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1. 서 론

    태양광을 이용하여 수소 같은 청정한 화학 연료를 생 산하는 방법은 환경에 최소의 영향을 미치면서 미래의 에너지 수요를 충족하는 데 바람직하고 지속 가능한 접 근법으로 간주된다.1-3) 지금까지 태양광으로 물 분해를 견 인함으로써 수소를 생성하려는 선진 공정을 개발하고자 하는 시도가 다양한 접근법을 통해서 이루어졌다. 이들 방법 중에서 광전기화학적(PEC, photoelectrochemical) 물 분해 공정이 대단히 효율적이고 생태친화적인 수소 생 산용 방법으로서 가장 유망하다고 간주된다.4-6) 일반적으 로, 광전기화학적 물 분해 공정에는 두 가지 전극 반응, 즉 (1) 산소 발생 반응(OER, oxygen evolution reaction) 또는 물 산화 반응과 (2) 수소 발생 반응(HER, hydrogen evolution reaction) 또는 물 환원 반응이 포함되고, 그래 서 각각의 전극 반응을 분리해야 한다.7) 그리하여 PEC 전지 구조가 태양광 물 분해 소자로 널리 사용되는 주 요한 이유 중 하나는 그 구조가 물 산화 반응과 물 환 원 반응을 공간적으로 분리한다는 점이다.

    광전기화학적 전지 시스템에서는 광전극 재료의 선택 과 설계가 결정적으로 중요한데, 그 이유는 대체로 광 전극의 광흡수와 나르개 수송 특성이 물 분해용 PEC 전지의 성능을 결정하기 때문이다.8) 지금까지 산화티타 늄(TiO2)과 헤마타이트(Fe2O3), 산화아연(ZnO), 산화구리 (I)(Cu2O) 같은 산화물 반도체들이 수소 생산용 광전극 재료로서 유망한 잠재력을 나타내었다.9-12) 이들 산화물 반도체 중에서 1972년에 n-형 산화물 반도체인 TiO2를 광양극(photoanode) 재료로 사용한 실험에서 광전기화학 적 물 분해 반응이 최초로 발견된 이래로,13) TiO2와 더 불어 여러 장점을 갖춘 ZnO이 지금까지 가장 널리 연 구된 광양극용 산화물 반도체 재료다. 육방정계 우르짜 이트(hexagonal wurtzite) 구조를 갖는 ZnO는 TiO2와 마 찬가지로 n-형 반도체로서 원자가띠의 끝머리(edge)가 물 의 산화 퍼텐셜보다 낮기 때문에 빛을 쪼이면 물에서 전 자를 빼앗아서 물을 산화하고 산소를 발생시키는 광산 화전극, 즉 광양극(photoanode)으로 작용할 수 있다. 특 히, ZnO는 탁월한 전자 이동 효율(115 ~ 155 cm2/V·s), 높 은 엑시톤 결합 에너지(60 meV), 고유한 안정성과 우호 적인 환경 적합성 등의 장점이 있는 까닭에 광촉매 전 극으로 널리 사용되고 있다.14) 그런데 ZnO는 3.0 eV 이 상의 넓은 띠간격(band gap)을 갖고 있기에 자외선 영 역(기껏해야 태양광 전체 에너지의 5 %에 기여함)에서만 광학적 활성을 나타내므로 자연광 조건에서 응용이 제 한되는 단점을 나타낸다.15) 그러므로 ZnO 소재의 빛 흡 수 능력을 향상시키려는 전략이 시급해졌다.

    최근에 1차원 ZnO 나노구조체가 다양한 장점으로 인 해 광전자 소자용 소재로서 큰 관심을 끌고 있다.16) 그 중에서 특히, 염료감광 태양전지용 전극 소재로서 우수 하다고 알려져 있는, 수직으로 정렬된 ZnO 나노막대 구 조체가 PEC 물 분해용 광양극 소재로서도 유망한 잠재 력을 갖추고 있는 것으로 밝혀졌다.17) 수직으로 정렬된 ZnO 나노막대 집합체를 제조하는 데 기상-액상-고상(VLS) 성장법과 화학기상 증착법(CVD)이 시도된 적이 있는 데, 이들 방법은 복잡한 공정, 정교한 장비, 그리고 높 은 공정온도가 필요하다.18,19) 한편으로 최근에 합성 온 도가 낮은 단순한 액상 공정으로서 수열합성법을 사용 하여 합성한, 수직으로 정렬된 ZnO 나노막대 집합체를 PEC 물 분해용 광양극 소재로 응용한 연구결과가 보고 되었다.20) 대체로 수열합성된 ZnO 나노막대는 그 지름 이 작아짐에 따라 광전류 밀도가 증가하는 경향이 있는 것으로 관측되었다.21)

    본 논문에서는 ZnO 나노입자를 씨앗층(seed layer)으 로 활용하는 수열합성법을 이용하여 불소가 첨가된 주 석산화물(FTO)이 코팅된 유리 기판 위에 ZnO 나노막대 집합체를 합성한 후에 이것을 광양극으로 활용하여 PEC 물 산화 성능을 검토하였다. 특히, 때려내기(sputtering) 방법을 사용하여 ZnO 씨앗층을 형성하는 데 있어서 중 요한 공정 변수인 Zn 타깃(target)의 떼려내기 전력에 따 른 구조적, 광학적, 그리고 PEC 물 산화 특성을 체계 적으로 조사하였다. 결과적으로 수열합성법으로 제작된 ZnO 나노막대 집합체가 광전기화학적 물 분해를 통한 수 소 생산을 위한 광양극을 마련하는 데 활용될 가능성이 있다는 점이 제시될 것이다.

    2. 실험 방법

    먼저 FTO가 코팅된 유리 기판 위에 ZnO 나노입자를 씨앗층으로 활용하는 수열합성법을 사용하여 n-형 ZnO 나노막대 집합체를 성장시켰다.20) ZnO 씨앗층을 형성하 기 위해 때려내기 방법을 사용하여 상온에서 10 ~ 40W 의 전력을 인가하면서 5 mTorr의 Ar 분위기 하에서 1.5 분 동안 Zn층을 증착시킨 다음에 400 °C에서 건조한 공 기 분위기 하에서 1시간 동안 열처리 공정을 시행함으 로써 Zn층을 산화시켰다. 준비된 ZnO 씨앗층 위에 수 열합성법을 사용하여 수직으로 정렬된 ZnO 나노막대 집 합체를 성장시켰는데, 여기서 사용된 수열합성용 용액은 25 mM의 질산 제2아연 6수화물[Zn(NO3)2·6H2O]과 25 mM의 헥사메틸렌테트라민(C6H12N4)을 계량한 다음에 자 기 교반자를 사용하여 200 rpm의 속도로 균일하게 혼 합하여 준비하였다. 그 다음에 ZnO 씨앗층이 형성된 기 판을 준비된 용액에 담근 후 90 °C에서 6시간 동안 수 열합성법으로 ZnO 나노막대 집합체를 성장시켰다. ZnO 나노막대 집합체가 코팅된 기판은 세척 후 건조한 공기 분위기에서 열처리 공정을 400 °C에서 1시간 동안 진행 하였다.

    합성된 ZnO 나노막대 집합체에 대하여 결정상을 알아 보기 위해 X선 회절 분석기(XRD)와 라만 분광기(Raman spectroscopy)를 사용하였고, 미세구조 분석을 위해 냉 전계형 장방출 주사전자현미경(SEM)를 이용하였으며, 광 학적 특성을 조사하기 위해 분광 광도계(UV-Vis-NIR spectrophotometer)를 활용하였다. 제작된 광양극의 물 분 해 특성을 조사하기 위해서는 물에 닿는 전극의 면적이 일정해야 하기 때문에 에폭시 경화제를 사용하여 0.5 × 1.0 cm2의 면적 외의 부분을 차단한 다음에 용제를 사용 하여 전극 연결부의 ZnO를 제거함으로써 FTO를 노출 시킨 다음에 3전극 배치를 사용하여 광전기화학적 물 분 해 특성을 측정하였다. 여기서 제작된 광양극은 작동 전 극으로 사용하고, 기준 전극과 상대 전극은 각각 은-염 화은(Ag/AgCl) 전극과 백금 메시(Pt mesh)를 사용하였 으며, 1 mM의 Na2SO4 수용액(pH = 6.6)을 전해질로 사 용하였다. 각각의 전극에 전원을 연결한 다음에 전압을 -0.8 V에서 1.2 V까지 변화시키면서 솔라시뮬레이터를 이 용하여 태양광을 조사한 상태에서 전류 밀도를 측정함 으로써 광변환 효율(photoconversion efficiency)을 계산하 였다. 그리고 바이어스 전압을 가하지 않은 조건(0 V vs. Ag/AgCl)에서 일정 시간 동안 반복적으로 빛을 조사하 고 차단함으로써 광전기화학적 안정성을 평가하였다.

    3. 결과 및 고찰

    FTO가 코팅된 유리 기판 위에 때려내기 전력을 변화 시켜가며 ZnO 씨앗층을 형성한 후에 수열합성법을 이 용하여 합성된 ZnO 나노막대 집합체에 대해 관측된 전 형적인 SEM 이미지들을 Figs. 1(a) ~ (d)에 나타내었는 데, 이들 그림 각각은 차례로 때려내기 전력이 10, 20, 30, 40 W에 해당하는 결과다. 이들 그림으로부터, ZnO 씨앗층을 형성하는 데 사용한 때려내기 전력이 10W인 경우를 제외하면, 수열합성된 ZnO 나노막대들이 대략 1.9 μm의 길이를 갖고서 수직으로 배열되어 촘촘히 성 장한 것을 확인할 수 있다. 때려내기 전력이 10W인 경 우에는, Fig. 1(a)에서 분명히 볼 수 있듯이, 성장 핵으 로서의 ZnO 나노입자가 기판 위에 충분한 밀도로 형성 되지 않아서 ZnO 나노막대가 듬성듬성 합성되면서 수 직으로 배열되지 않은 채 무작위적으로 성장하였다. 더 욱이, 때려내기 전력이 20W에서 40W에 이르는 조건 에서는, 때려내기 전력이 증가함에 따라 합성된 ZnO 나 노막대의 지름이 커지는 경향이 있음(ZnO 나노막대의 평 균 직경이 20, 30, 40W의 조건에서 각각 87, 103, 106 nm로 추산되었음)이 관측되었다. 여기서 관측된 ZnO 나 노막대의 성장 경향은 ZnO 씨앗층의 형상, 즉 ZnO 나 노입자의 크기와 커버리지(coverage)와 관련되어 있음이 확실하고, 따라서 그 경향은 때려내기 전력이 증가함에 따라 ZnO 나노입자의 크기가 커지는 동시에 커버리지 비율 역시 증가하는데서 기인하는 것으로 추정된다.

    합성된 ZnO 나노막대 집합체의 결정상 형성을 확인하 기 위해 X-선 회절 및 라만 산란 실험을 수행하였다. Fig. 2(a)는, ZnO 씨앗층을 형성하는 데 사용한 때려내 기 전력이 각각 10, 20, 30, 40W의 경우에, 수열합성 법으로 합성된 ZnO 나노막대 집합체에 대한 X-선 회 절 실험 결과를 보여준다. 결과적으로, Fig. 2(a)에서 분 명히 볼 수 있듯이, 때려내기 전력이 10 W에서 40 W 에 이르는 모든 조건에서 육방정계 우르짜이트(hexagonal wurtzite) ZnO 결정상(JCPDS 36-1451)에 해당하는 (100), (002), (101), (110) 등의 회절선들이 뚜렷이 관측되었고 여타의 2차상은 검출되지 않았다. 이것으로부터 합성된 ZnO 나노막대들이 단일상의 다결정질로 성장하였음을 알 수 있다.

    다른 한편으로 Fig. 2(b)는, ZnO 씨앗층을 형성하는 데 사용한 때려내기 전력이 각각 10, 20, 30, 40W의 경우 에, 수열합성법으로 합성된 ZnO 나노막대 집합체에 대 해서 상온에서 관측된 라만 산란 분광선들을 보여준다. 이 그림에서 328, 437, 574, 1,090 cm−1에 해당하는 또 렷한 분광선들은 육방정계 우르짜이트 ZnO 결정상의 특 성 포논 진동수들을 가리킨다. 여기서 328 cm−1과 437 cm−1에서 관측된 라만 분광선들은 각각 2차 포논 방식 A1(TO)와 1차 포논 방식 E1(TO)에 귀속되고, 574 cm−1 에서 관측된 분광선은 1차 LO 포논에 귀속되며, 1,090 cm−1에서 관측된 분광선은 2차 포논 방식에 귀속되는 것 으로 판명된다.22) 결론적으로, X-선 회절 실험과 라만 산 란 실험 결과에 따르면, 단일상의 ZnO 나노막대들이 제 대로 합성되었음을 확인할 수 있다.

    Fig. 3은 ZnO 씨앗층을 형성하는 데 사용한 때려내기 전력이 20 W에 해당하는 조건에서 합성된 ZnO 나노막 대 집합체에 대하여 상온에서 측정된 자외선-가시광선- 근적외선 흡수 스펙트럼을 보여준다. ZnO 나노막대의 경 우에, Fig. 3에서 분명히 볼 수 있듯이, 적외선 및 가시 광선 영역(λ < 380 nm)에서는 빛이 거의 흡수되지 않는 한편으로, 자외선 영역(λ > 380 nm)에서는 흡수율이 급격 히 증가한다. 이 결과는 ZnO의 넓은 띠 간격과 더불어 나노막대 구조의 산란 효과에서 비롯된다고 판단된다. 더 욱이, ZnO 나노막대의 광학 띠 간격 Eg는 흡수율 스 펙트럼에서 도출된 흡수 계수(absorption coefficient, α) 의 데이터를 기반으로 (α)n = A(Eg) 식에 의거하 여 계산하였는데, 그 결과를 Fig. 3의 삽입그림에 나타 내었다. 여기서 ν는 빛의 진동수, h는 플랑크 상수, A 는 비례상수, n은 천이 확률 값을 가리킨다. 우리가 합 성한 ZnO 나노막대의 경우에 n = 2의 천이 확률 값이 실제 관측 데이터를 가장 잘 재현하는 것으로 밝혀졌 는데, 이로부터 ZnO 나노막대에서 일어나는 광학적 천 이는 주로 직접 허용 천이임을 알 수 있다.23) Fig. 3의 삽입그림에서 볼 수 있듯이, ZnO 나노막대에 대한 광 학 띠 간격은 (α)2 대 광자 에너지() 데이터를 직 선으로 외삽하여 결정하였다.24) 결과적으로, ZnO 씨앗 층을 형성하는 데 사용한 때려내기 전력이 20 W에 해 당하는 조건에서 합성된 ZnO 나노막대의 상온 띠 간 격은 3.26 eV인 것으로 추산되었는데, 이 값은 지금까 지 알려진 표준 ZnO의 상온 띠 간격 3.3 eV보다 조금 작다.25) 라만 산란 실험 결과와 꼭 마찬가지로, 합성된 ZnO 나노막대에 대한 빛 흡수 스펙트럼의 실험 결과 역시 때려내기 전력의 값에 민감하지 않은 것으로 확 인되었다.

    Fig. 4(a)는, ZnO 씨앗층을 형성하는 데 사용한 때려 내기 전력이 각각 10, 20, 30, 40W의 경우에 수열합성 법으로 합성된 ZnO 나노막대 집합체 광양극에 대하여 태양광을 조사한 상태에서 측정된 전류 밀도-전압(J-V) 특 성 곡선들을 보여준다. Fig. 4(a)를 살펴보면 때려내기 전 력이 20 ~ 40W인 조건에서 수직으로 성장한 ZnO 나노 막대 광양극이 때려내기 전력이 10W인 조건에서 무작 위적으로 성장한 ZnO 나노막대 광양극보다 현저히 더 큰 광전류(photocurrent)를 생성한다는 것을 확인할 수 있 다. 더욱이 때려내기 전력이 20W인 조건에서 수직으로 성장한 ZnO 나노막대 광양극이 가장 우수한 광전류 반 응 특성을 나타냄이 밝혀졌다. 이 현상은 Fig. 1에서 알 수 있듯이 때려내기 전력이 증가함에 따라 합성된 ZnO 나노막대의 지름이 증가하는 경향을 반영하는데, 이 결 과는 합성된 ZnO 나노막대의 지름이 작아짐에 따라 광 전류 밀도가 증가한다는 보고와 일치한다.21) 여기서 관 측된 광전기화학적 성능의 향상 현상은 수직으로 정렬 된 나노막대의 구조가 그 지름이 작을수록 더 큰 가로 세로 비(aspect ratio)를 나타내고, 그리하여 전체적으로 더 넓은 유효 반응 면적을 갖추게 된다는 점에서 기인 된다고 판단된다. 결과적으로 ZnO 나노막대의 형태학적 인 측면에서 최적의 조건이 존재함을 알 수 있고, 게다 가 30W와 40W의 조건에서는 ZnO 나노막대의 지금이 소량 증가하였는데도 광전기화학적 특성이 비교적 크게 저하하게 되는 사실로부터 광양극으로서 활용할 수 있 는 ZnO 나노막대의 제조 조건의 범위가 한정되어 있음 을 알 수 있는데, 이에 대한 이유는 현재의 연구로서는 불명확하다.

    일반적으로 광전기화학적 태양광 물 분해용 광전극의 수소 생산 효율성을 나타내는 광변환 효율(PCE, photoconversion efficiency)은 측정된 J-V 특성 데이터를 이용 하여 다음과 같은 식을 통해 추산될 수 있다.26)

    PCE (%) = [ J p × ( 1.23 E RHE ) P i ] × 100

    여기서, J p는 태양광에 노출되었을 때의 전류 밀도[mA/ cm2], ERHE는 가역 수소 전극(RHE, reversible hydrogen electrode) 대비 인가 전압[V]을 의미하고, 1.23[V]는 물 분해 전위를 나타내며, P i는 입력 가시광선의 세기 밀도 [mW/cm2]를 가리킨다. 측정된 Ag/AgCl 기준 전극 대비 인 가 전압은 다음과 같은 네른스트 방정식(Nernst equation) 을 사용하여 RHE 척도로 변환된다.27)

    E RHE = E Ag/AgCl + E 0 Ag/AgCl + 0.059  pH

    여기서, ERHE는 전환된 RHE 대비 인가 전압이고, EAg/ AgCl은 Ag/AgCl 기준 전극에 대하여 측정된 인가 전압 이고, E0Ag/AgCl은 Ag/AgCl 전극의 표준 전극 전위(25 °C 에서 0.1976 V vs. RHE)이며,8) pH는 용액의 산도(pH = 6.6)를 가리킨다. 이런 식으로 추산된 ZnO 나노막대 집합체 광양극의 광변환 효율의 인가 전압에 따른 변화 를 Fig. 4(b)에 나타내었다. Fig. 4(a)에 나타낸 광전기 화학적 반응 특성에서 기대한 대로, 수직으로 성장한 ZnO 나노막대 광양극이 무작위적으로 성장한 ZnO 나노 막대 광양극보다 현저히 더 큰 광변환 효율을 나타냄을 분명히 알 수 있다. 결과적으로, 때려내기 전력이 20W 인 조건에서 수직으로 성장한 ZnO 나노막대 집합체 광 양극이 0.85 V vs. RHE(즉, 0.26 V vs. Ag/AgCl)의 전 압에서 0.49 %에 이르는 최적의 광변환 효율을 나타내 는 것으로 확인되었고, 이 경우에 광전류 밀도는 0.13 mA/cm2에 이르는 것으로 밝혀졌다. 이와 같은 광전기화 학적 측정 결과는 수직으로 정렬된 ZnO 나노막대 구조 가 ZnO 기반 광양극의 광전기화학적 물 산화 효율을 두 드러지게 향상시킨다는 사실을 명확히 예증한다.

    Fig. 5는 광전기화학적 물 산화 성능의 시간에 따른 안 정성을 조사하기 위해 때려내기 전력이 20W인 조건에 서 수직으로 성장한 ZnO 나노막대 집합체 광양극에 대 해 바이어스 전압을 가하지 않은 상태(0 V vs. Ag/AgCl) 에서 측정된 전류 밀도-시간(J-T) 특성 곡선을 보여준다. 여기서 태양광은 매 20초마다 켰다(on) 껐다(off)를 반복 하였다. Fig. 5을 살펴보면, 암흑 전류(dark current)는 사 실상 영의 값을 나타내며, 빛을 조사한 상태에서는 광 전류가 급격히 상승한 다음에 점진적으로 안정한 상태 에 이르게 된다는 것을 알 수 있다. 관측된 거동은 빛 이 조사되었을 때 초기의 나르개 생성 과정의 촉발과 점 진적인 나르개 생성 및 재조합 과정의 균형에 의해 설 명될 수 있다.12) 여기서, 최초 20초간 조사되었을 때의 평균 광전류 밀도와 40초가 지난 후 20초간 조사되었 을 때의 평균 광전류 밀도를 비교함으로써 광음극의 광 전기화학적 안정성을 평가했을 때 78 %에 해당하는 값 을 얻었는데, 이 결과는 ZnO 나노막대 광양극의 광전 기화학적 안정성을 더 향상시킬 필요가 있다는 것을 가 리킨다.

    4. 결 론

    불소가 첨가된 주석산화물(FTO)이 코팅된 유리 기판 위에 Zn 때려내기 전력을 변화시키면서 형성한 ZnO 나 노입자를 씨앗층(seed layer)으로 활용하는 수열합성법을 사용하여 합성된 n-형 ZnO 나노막대 집합체를 기반으로 제작한 광양극의 광전기화학적 물 산화 특성을 체계적 으로 조사하였다. X-선 회절, SEM 분석, 그리고 광흡수 스펙트럼의 측정을 통해서 ZnO 나노막대 집합체의 결 정상과 구조적 및 광학적 특성을 확인하였다. 측정된 광 전기화학적 전류 밀도-전압(J-V) 특성 곡선들로부터 때려 내기 전력이 20W인 조건에서 수직으로 성장한 ZnO 나 노막대 광양극이 가장 우수한 광전류 반응 특성을 나타 냄이 밝혀졌고, 이 경우에 0.85 V vs. RHE(즉, 0.26 V vs. Ag/AgCl)의 전압에서 0.49 %에 이르는 최적의 광변 환 효율을 나타내는 것으로 확인되었다. 이와 같은 광 전기화학적 측정 결과는 수직으로 정렬된 ZnO 나노막 대 구조가 ZnO 기반 광양극의 광전기화학적 물 산화 효 율을 두드러지게 향상시킨다는 사실을 명확히 예증한다. 결론적으로 이 연구는 수열합성법으로 제작된 ZnO 나 노막대 집합체가 광전기화학적 물 분해를 통한 수소 생 산을 위한 효율적인 광양극을 마련하는 데 활용될 수 있 다는 점을 시사한다.

    Acknowledgement

    This work was supported by the 2019 Research Fund of Chungnam National University.

    Figure

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    Typical top-view and cross-sectional SEM images of ZnO nanorods synthesized on FTO-coated glass substrate with the use of a ZnO nanoparticle seed layer formed for the Zn sputtering power of (a) 10 W, (b) 20 W, (c) 30 W, and (d) 40 W.

    MRSK-30-5-239_F2.gif

    (a) Typical X-ray diffraction patterns and (b) Raman spectra of ZnO nanorods synthesized on FTO-coated glass substrate with the use of a ZnO nanoparticle seed layer formed for various Zn sputtering powers.

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    Optical absorption spectra of the vertically aligned ZnO nanorod array synthesized on FTO-coated glass substrate with the use of a ZnO nanoparticle seed layer formed for the Zn sputtering power of 20 W. The inset shows its (αhν)2 versus plot.

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    (a) Measured current density and (b) estimated photoconversion efficiency (PEC) curves of ZnO nanorod array photoanodes under an applied voltage for various Zn sputtering powers.

    MRSK-30-5-239_F5.gif

    Photocurrent response of the vertically aligned ZnO nanorod array photoanode at a bias voltage of 0 V vs. Ag/AgCl with white light chopped (on/off) for each 20 sec.

    Table

    Reference

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