초록 ▼

연구기간 중 합성된 MOF 중 고표면적을 갖는 MOF-205, MOF-210에 대한 상온, 100 기압에서의 수소 저장량 흡착 실험 진행 중이며, MOF-210는 보고된 수소 흡착 곡선을 이용하여 예측해 볼 경우 상온, 100기압에서 3.3 wt% (total uptake)의 수소를 저장할 것으로 예상됨.
Ni 나노입자 사이즈 및 분산도 조절을 통해 수소 저장과의 연관성을 연구하였고 AB/MOF 합성 및 이를 위한 새로운 MOF를 탐색함.
잘 알려진 수소 저장 후보물질 구조와 다른 구조를 가지는 다양한 다공성 물질에서 그

연구기간 중 합성된 MOF 중 고표면적을 갖는 MOF-205, MOF-210에 대한 상온, 100 기압에서의 수소 저장량 흡착 실험 진행 중이며, MOF-210는 보고된 수소 흡착 곡선을 이용하여 예측해 볼 경우 상온, 100기압에서 3.3 wt% (total uptake)의 수소를 저장할 것으로 예상됨.
Ni 나노입자 사이즈 및 분산도 조절을 통해 수소 저장과의 연관성을 연구하였고 AB/MOF 합성 및 이를 위한 새로운 MOF를 탐색함.
잘 알려진 수소 저장 후보물질 구조와 다른 구조를 가지는 다양한 다공성 물질에서 그 해답을 얻고자 데이터베이스 (DB) 내에서 다공성 물질을 조사하였으며, 그 결과 구조를 유사하게 흉내 내며 금속을 포함하지 않는 covalent organic polyhedra (COP) 를 설계함. 다양한 합성에서 다루기가 편하다는 실험적인 이점이 있는 분자 결정 형태이며 다양한 결정형태를 제시함.
수소 에너지를 자동차에서 이용하기 위해서 보다 관심을 두어야 할 delivery amount 의 관점에서 MOF 를 다루어 기존의 수소 결합력 증대에만 몰두하던 시각을 환기시키는 역할을 함. 또한 그동안 잘 이해되지 않고 있던 수소 분자의 spill-over 현상에 대하여 정량적인 계산 결과를 근거로 하여 그래핀 표면상에서 수소 분자가 화학적인 흡착과 탈착을 하는 것은 용이하지 않음을 다양한 경로의 모델링을 통하여 제시함.
저온 (77K)에서 15.0 wt% (80atm) 의 수소저장용량을 달성하였고, 목표에는 미치지 못하지만 상온과 저온 모두 세계최고 성과임. 이론적 수소 저장 메카니즘 규명의 평가 기준으로 삼을 수 있는 논문 게재 (29/28편), 학술 발표 (86/80건), 특허 (21/7건) 등으로 목표를 달성함.

Abstract ▼

The goal of ourresearch is to find out the mechanism of the hydrogen adsorption on the nanoporous material using theoretical calculations and to develop the highly efficient nano materials achieving the hydrogen capacity upto 4 wt% at 100 atm, room temperature.
We synthesized metal-organic framew

The goal of ourresearch is to find out the mechanism of the hydrogen adsorption on the nanoporous material using theoretical calculations and to develop the highly efficient nano materials achieving the hydrogen capacity upto 4 wt% at 100 atm, room temperature.
We synthesized metal-organic frameworks (MOFs) having ultra high surface area such as MOF-205 and MOF-210. Those hydrogen storage candidates are under the determination of hydrogen uptakes at 100 atm, and MOF-210 can be estimated to uptake 3.3 wt% of hydrogen at 100 atm as total uptake by the extrapolation of the reported hydrogen isothermal adsorption curve.
Correlation of the size and diffusivity of Ni nano particle with hydrogen storage was studied, and AB/MOF synthesis and new MOF for this synthesis were investigated.
Apart from the well known hydrogen storage candidates, we have screened the various porous materials from the crystal structure database, and as a result covalent organic polyhedron (COP) structure was designed and modeled to mimic the crystal structures from the database which show good result after screening but not to include metal element causing the heavier storage system. COP structure is a type of organic cage which has advantage of synthetic feasibility and can be crystallized via various packing routes.
To utilize hydrogen energy as the power source of mobile vehicle, delivery amount is rather important, so the research direction focusing to the enhancement of hydrogen binding energy to the porous material should be reconsidered. And mechanism of hydrogen spillover phenomenon which has not been well established as yet, was studied by the quantum mechanical approach to produce the quantitative evidence of possiblity of hydrogen migration on the graphene surface. Theoretical calculation concluded that the chemical adsorption and desorption of hydrogen molecule on the graphene having perfect crystalinity is not favorable for the various migration paths.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 보고서 초록 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 8
• 목 차 ... 9
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 10
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 12
• 제 1 절 Metal-organic frameworks (MOF) ... 12
• 제 2 절 쿠바스 상호작용과 금속분산 다공성 나노구조 ... 14
• 제 3 절 MOF계 소재 수소 흡착량 계산용 힘장 개발 ... 18
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 21
• 제 1 절 층간 구조 변화를 통한 수소 흡착 용량의 변화 ... 21
• 제 2 절 기존 데이터베이스 (DB) 의 탐색을 통한 신규 소재 발굴 ... 24
• 제 3 절 광유도에 의한 고이중극자모멘트를 가지는 들뜬 상태에서의 수소와의 결합 ... 28
• 제 4 절 Stacking-disorder 에 의한 graphite 내에서의 수소 원자 이동 속도 증대 ... 32
• 제 5 절 증강된 수소 결합력을 갖는 MOF의 합성 ... 36
• 제 6 절 혼합차원 나노구조의 수소저장 특성 ... 41
• 제 7 절 유무기 프레임워크 구조의 수소저장메커니즘 규명 및 힘장 개발 ... 54
• 제 8 절 수소 분자의 다공성 물질 내 분포 해석 ... 61
• 제 9 절 수소 저장 재료 데이터베이스 (DB) 구축 ... 64
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 65
• 제 1 절 목표달성도 ... 65
• 제 2 절 관련분야 기여도 ... 66
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 67
• 제 1 절 추가연구의 필요성 ... 67
• 제 2 절 타연구에의 응용 ... 68
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 69
• 제 1 절 기체의 흡착엔탈피 직접 측정법 ... 69
• 제 2 절 2012년 MRS spring meeting 및 2012년 APS March meeting ... 70
• 제 3 절 2012년 ACS Fall Meeting ... 70
• 제 7 장 참고문헌 ... 72
• 끝페이지 ... 74