초록 ▼

연구의 목적 및 내용
새로운 기능성 전기전도성 고분자의 설계 및 합성과 촉매 기능을 갖는 다종 혼합금속 박막을 사용한 전기전도성 고분자 구조물 축조 기법에 대해 연구한다. 또한, 합성된 고분자 및 금속 박막에 대한 전기화학적 및 전기분광학 특성을 조사하여, 촉매 기능성을 파악한다. 다중 금속 박막위에 축조된 고분자 구조물을 형성하고, 여기에 금속 나노입자, 금속자성체 나노입자, 바이오 물질 및 인공효소의 결합시켜 센서 및 에너지 변환 소자에 대한 응용성을 연구한다. 이를 기반으로 하여, 새로운 형태의 바이오 연료전지 및 고감도

연구의 목적 및 내용
새로운 기능성 전기전도성 고분자의 설계 및 합성과 촉매 기능을 갖는 다종 혼합금속 박막을 사용한 전기전도성 고분자 구조물 축조 기법에 대해 연구한다. 또한, 합성된 고분자 및 금속 박막에 대한 전기화학적 및 전기분광학 특성을 조사하여, 촉매 기능성을 파악한다. 다중 금속 박막위에 축조된 고분자 구조물을 형성하고, 여기에 금속 나노입자, 금속자성체 나노입자, 바이오 물질 및 인공효소의 결합시켜 센서 및 에너지 변환 소자에 대한 응용성을 연구한다. 이를 기반으로 하여, 새로운 형태의 바이오 연료전지 및 고감도의 바이오센서를 개발한다.

연구결과
기능성 전기전도성 고분자의 단위체 (기본 골격:thiophene, pyrrole, thiophene-pyrrole 복합체)를 이용하여 다양한 기능성 전기전도성 고분자를 설계 및 합성하였다. 또한 Ni, Fe, Co, Au, Pt, Ru 등에서 2원소 이상을 포함하는 다종금속 박막을 전기화학적 제조 방법을 개발하였다. AFM, TEM, XPS, 전기 화학적 및 전기 분광학적 방법 등을 이용해서 전도성 고분자와 다종 금속 박막의 구조물의 표면 특성과 산화-환원 촉매 특성을 연구하였다. 전도성 고분자와 다종 금속 박막을 이용하여 다층 박막(전도성 고분자/다종 금속 박막, 또는 다종 금속 박막/전도성 고분자)을 형성하고 효소류 (HRP, GOx, 등), 전자전달 단백질 (Cyt C), 항체류 (vitellogenin, PCB, bisphenol A), 그리고 DNA등의 바이오 물질을 고정 하고 선택적인 target molecule과의 결합하는 새로운 형태의 bio/immuno/DNA 센서를 개발하였다. 위의 복합 구조물에 인공효소 분자 및 새로운 합금 금속 촉매 (Cu/Ni, Cu/Zn, Pt/Ru, Au/Zn)를 도입하여 바이오 연료 전지에 응용하였다. 설계된 바이오 연료 전지에연료 (글루코스, 락테이트, 산소 등)를 주입하여 실제 성능 평가 및 실험 조건들을 최적화 함으로써, 저가의 고효율을 갖춘 새로운 형태의 바이오 연료 전지를 개발하였다. 그리고 다기능성 전도성 고분자를 도입한 태양 전지로의 에너지 변환 소자에 대한 연구도 진행하였다. 금속 산화물 ($TiO_{2}$) 위에 다기능성 전도성 고분자 구조물을 전기화학적으로 형성시키고 태양전지 응용하였으며, 전도성 고분자 형성 조건들을 최적화를 통해 고효율의 태양전지를 개발하였다.

연구결과의 활용계획
전기전도성 고분자 단위체에 다양한 작용기를 도입함으로써, 3차원의 다양한 고분자 구조물을 합성이 가능하다. 이에 고분자 구조물 축조에 대한 원천 기술을 확보할 수 있다. 또한 합성된 고분자 박막을 이용한 전기 변색소자의 개발이 가능하다. 새로운 형태의 촉매 기능성 금속 박막과 전도성 고분자 박막을 이용한 기능성 다층 박막 제조 기술을 확보한다. 또한, 기능성 다층박막에 금속 나노입자, 금속 자성체 나노입자, 인공효소분자 및 바이오 물질 (단백질, DNA 등)의 결합시켜, 촉매 효과가 더욱 더 향상된 새로운 형태의 바이오 촉매 센서를 제작 할 수 있다. 뿐만 아니라, 바이오 연료전지, 태양전지등의 에너지변환 소자로써의 활용이 가능하다. 선택성과 촉매 기능성이 향상된 고기능 바이오 센서기술 개발 및 에너지 변환 소자의 개발은 고부가가치 산업이며 국가 경제에 이바지 할 수 있다

Abstract ▼

Purpose & contents
We will design and synthesize functionalized conducting polymers and multiple-mixture atom metal film having catalytic properties. We also will secure technology of building polymer block on the metal film. We will prepare the building block substrate attached metal nanoparticl

Purpose & contents
We will design and synthesize functionalized conducting polymers and multiple-mixture atom metal film having catalytic properties. We also will secure technology of building polymer block on the metal film. We will prepare the building block substrate attached metal nanoparticles (Au, Ag, Cu, etc.), metal magnetic substance ($Fe_{2}O_{3}$), biomaterials and artificial enzymes. We will study the electrochemical, spectroelectrochemical, and electrocatalytic properties of the building blocks. The applications to sensors and energy transfer devices will be studied. Developments of energy transfer devices such as new types biofuel cell and biosensors.

Result
Various functional conducting polymers are designed and synthesized by using monomer basic structure such as, thiophene, pyrrole, thiophene-pyrrole complex. Further, multi-metal nano films of Ni, Fe, Co, Au, Pt, Ru, etc. has been in cooperated by electrochemical methods. Surface and catalytic properties of nanocomposite films were studied by using AFM, TEM, XPS, electrochemical and electrospectroscopic method. An initial morphological and electrochemical study confirms the formation of conducting polymer and multi-metal film (Cu/Ni, Cu/Zn, Pt/Ru, Au/Zn) nano composite. A new type of bio/immune/DNA sensors that combined with specific target molecule were fabricated by immobilizing enzymes (HRP, GOx, and so on), electron transfer protein (Cyt C), antibodies (vitellogenin, PCB, bisphenol A), and bio materials such as, DNA on the aforementioned nanocomposite. Further, these modified probes were used for bio-fuel cell as well as electrochemical sensing applications. The actual performance and experimental conditions for the bio-fuel cells and electrochemical sensors were optimized. As a result, a new type of low-cost, high-efficiency bio-fuel cell was developed. In addition, the conducting polymer nanocomposite (conducting polymer/$TiO_{2}$) was applied to fabricate energy transfer devices for solar cell development. For solar cell application, functionalized conductive polymer structures were established by electrochemical method and then investigated the conditions for high-efficiency solar cells.

Expected Contribution
3D building blocks of conductive polymers can be constructed with diverse functional groups of monomers. We can have source technology to the construct of polymer building blocks. The polymer films can be used to develop electrochromic sensor device. The functional metal films were synthesized anodically, to improve the catalytic effects. We can make the multi layer used to metal films and polymer building blocks. The immobilization of metal nanoparticels, metal magnetic substance, biomaterials and developed building blocks can be used as new type of bio-catalyst sensors. In addition, they can be used for high sensitive biosensor and biofuel cell

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 46
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 50
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 51
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적(3년간 성과창출) ... 53
• 8. 참고문헌 ... 54
• 10. 기타사항 ... 62