초록 ▼

○ 연구개발의 최종목표는 분자모델링 방법을 통하여 기존에 알려진 수소저장물질들보다 성능이 우수하고, 경제적인 새로운 개념의 유기제올라이트 수소저장물질을 개발하는 것이다. 이를 위하여 분자 모델링을 통하여 구조적으로 가장 효율적인 제올라이트 골격구조를 탐색하여 선정하고 제올라이트 골격 내에 금속이온과의 상호작용에 의해 도입 가능한 유기분자 또는 금속 클러스터를 설계하고, 실험적으로 합성 및 평가하여 유효 수소저장 용량을 단계별로 향상시키는 것을 연차별 목
표로 하였다. 컴퓨터 simulation을 위한 유기 제올라이트의 초기구조

○ 연구개발의 최종목표는 분자모델링 방법을 통하여 기존에 알려진 수소저장물질들보다 성능이 우수하고, 경제적인 새로운 개념의 유기제올라이트 수소저장물질을 개발하는 것이다. 이를 위하여 분자 모델링을 통하여 구조적으로 가장 효율적인 제올라이트 골격구조를 탐색하여 선정하고 제올라이트 골격 내에 금속이온과의 상호작용에 의해 도입 가능한 유기분자 또는 금속 클러스터를 설계하고, 실험적으로 합성 및 평가하여 유효 수소저장 용량을 단계별로 향상시키는 것을 연차별 목
표로 하였다. 컴퓨터 simulation을 위한 유기 제올라이트의 초기구조는 X-ray 데이터로부터 만들었으며, 수소흡착 시뮬레이션과 수소저장에 관한 메커니즘 연구를 통하여 유기분자를 흡착시켜 활성자리를 증가시키는 방법론을 확립하였다. 유기제올라이트의 수소흡착 또는 저장능력을 통계학적 방법인 Monte Carlo simulation을 이용하여 온도와 압력에 의존하는 수소의 흡착 특성인 결합자리, 결합에너지, 흡착분포 등에 관한 계산을 다양한 모델에 대하여 수행하였으며, 지금까지의 수소 흡착 시뮬레이션 계산결과를 통해서 얻은 결과는 제올라이트의 동공 안에 유기분자를 도입하면 수소분자의 결합에너지가 안정화되고, 이는 적절한 유효공간 확보와 더불어 보다 많은 벤젠고리를 갖는 유기분자를 도입하는 것이 수소저장의 효율성을 높이는 결과를 줄 것으로 보인다. 즉, 제올라이트는 구조적, 열적으로 매우 안정하고 유효 공간 부피가 매우 큰 물질이나 수소를 흡착하는 능력이 매우 낮아 지금까지 연구자들의 시선을 끌지 못하고 있었으나 제올라이트의 유효공간에
수소분자를 흡착하는 기능성 매체를 도입함으로서 제올라이트 내의 금속이온과 complex형성을 통하여 수소저장능력을 획기적으로 개선할 수 있는 무한한 가능성을 도출하였다.
○ 유기제올라이트는 다공성의 친환경적인 물질로 가격이 저렴하며 내구성이 우수하다. 유기제올라이트는 수소흡착자리를 최대한 많이 제공하면서 제올라이트의 구조적 장점을 활용하여 우수한 수소저장물질로 가능성을 수소흡착평가 실험결과를 통하여 알 수 있었다. 수소흡착 능력은 상온, 20기압에서 0.75 wt%로 기존의 제올라이트가 가지는 수소흡착능력의 약 10배가 향상된 결과이며, 고압실험으로 목표치인 1.2 wt%를 월등히 초과할 것으로 예상한다. 또한 분자모델링의 분자동력
학 또는 양자역학적 계산방법을 정립하여 수소흡착능력을 최대로 하는 제올라이트의 골격구조, 금속양이온 종류 및 유기분자의 종류를 스크리닝 할 수 있게 되었다.
○ 유기제올라이트를 이용한 수소저장기술은 본 기관이 세계최초로 시도한 제올라이트 응용기술로서, 세계적인 독창적 기술이며, 독자적인 합성기술을 확보함과 동시에 원천기술을 보유하고 있으므로 선진국과의 경쟁에서 우위를 차지할 수 있는 만큼 다량의 특허 확보가 기대된다. 우수한 흡착능력을 보임으로써 수소저장재료의 원천기술 확보가 가능하게 되었다.

Abstract ▼

The purpose of this study is to improve the capability of hydrogen adsorption capacity of Zeolite derivatives dramatically which applicable for hydrogen storage materials.
Organic Zeolites provide an excellent structural platform for storage of gas molecules since they contain the regularly repea

The purpose of this study is to improve the capability of hydrogen adsorption capacity of Zeolite derivatives dramatically which applicable for hydrogen storage materials.
Organic Zeolites provide an excellent structural platform for storage of gas molecules since they contain the regularly repeating size of cavities and channels which form hydrogen adsorption site via bonding interaction with metal ions and organic molecules. The organic zeolites, provided by combination of organic molecules, may elevate the capability of hydrogen adsorption by increasing its available void volume. Zeolites can be purchased with chief price and modified easily by simple chemical reaction giving lots of varieties in their structures.
Subjects and Scope:
- Molecular Design: Molecular Mechanics, Molecular Dynamics, Grand Canonical
Monte-Carlo Simulation, Quantum Mechanics
- Synthesis of Organic Zeolites: Ion Exchange Reaction of Metal Ion, Vaporization/
Adsorption of Organic Molecule in Zeolite Pores.
- Measurement of Hydrogen Storage Capacity

목차 Contents

• 제출문...1
• 보고서초록...2
• 요약문...3
• 목차...7
• 제1장 연구개발과제의 개요 ...8
• 제1절 연구개발의 목적 ...8
• 제2절 연구개발의 필요성 ...8
• 제3절 연구개발 범위 ...9
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...10
• 제1절 외국의 경우 ...10
• 제2절 국내의 경우 ...11
• 제3절 연구결과가 국내.외 기술개발현황에서 차지하는 위치 ...12
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...13
• 제1절 연구방법 ...13
• 제2절 연차별 연구내용 및 결과 ...14
• 1. 다양한 2가 양이온이 치환된 제올라이트모델의 구현 및 물리적 성질의 계산 ...16
• 2. GCMC 전산모사를 이용한 수소의 위치와 배향, 흡착량 계산 ...17
• 3. Zeolite 내에 유기 방향족 분자가 흡착된 모델 구현 및 수소의 흡착량 계산 ...18
• 4. 수소흡착메카니즘 연구를 위한 양자화학적 모델의 구현 및 계산 ...19
• 5. 유기제올라이트의 합성 및 성능평가 ...22
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...26
• 제1절 관련분야의 기술발전에의 기여도 ...27
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...28
• 제1절 추가연구의 필요성 ...28
• 제2절 타 연구에의 응용 ...28
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...29
• 제7장 참고문헌 ...31