초록 ▼

연구의 목적 및 내용
° 온실가스의 주범인 CO₂를 탄화수소 연료로 환원하기 위한 광화학적 전환효율이 높은 하이브리드 나노 광촉매 합성.
° 하이브리드 나노 광촉매의 구조 및 표면 제어에 따른 CO₂의 선택적 전환특성 평가 및 물리화학적 메커니즘 규명.
° 하이브리드 나노 광촉매를 Photochemical Tandem Cell에 적용하여 전환효율을 극대화하는 시스템 개발.

연구결과
° 1차년도: 하이브리드 나노 광촉매의 합성 및 CO₂ 전환

연구의 목적 및 내용
° 온실가스의 주범인 CO₂를 탄화수소 연료로 환원하기 위한 광화학적 전환효율이 높은 하이브리드 나노 광촉매 합성.
° 하이브리드 나노 광촉매의 구조 및 표면 제어에 따른 CO₂의 선택적 전환특성 평가 및 물리화학적 메커니즘 규명.
° 하이브리드 나노 광촉매를 Photochemical Tandem Cell에 적용하여 전환효율을 극대화하는 시스템 개발.

연구결과
° 1차년도: 하이브리드 나노 광촉매의 합성 및 CO₂ 전환특성 평가
- 무기반도체적 특성을 지닌 나노입자를 전구체로 활용하는 새로운 합성법으로 다파장(UV-Vis-NIR) 영역의 빛을 흡수 할 수 있는 신규 하이브리드 나노 광촉매인 Titania-silica mixed oxides 광촉매, Sculptured Copper Thin Films Grown Directly on TiO₂ 광촉매 합성함.
- 합성한 광촉매의 구조 및 표면에서 발생하는 물리화학적 특성을 분석함.
- 신규 나노 광촉매의 CO₂ 전환특성 및 효율평가를 수행하기 위한 광반응기 설계 및 제작 후 Titania-silica mixed oxides 광촉매, Sculptured Copper Thin Films Grown Directly on TiO₂ 광촉매 테스트

° 2차년도: 고효율 하이브리드 나노 광촉매 최적화
- 신규 나노 광촉매인 CZTS-TiO₂ pn junction형 광촉매, Platinum Modified TiO₂-Embedded Carbon Nanofibers 광촉매, Au@CdS/TiO₂ nanofibers 광촉매, Carbon and Nitrogen co-doped Sodium Titanate Nanotubes 광촉매 합성함.
- 최적화한 나노 광촉매인 Nitrogen co-doped Sodium Titanate Nanotubes 광촉매의 CO₂ 전환특성 및 효율평가를 수행함.
- Platinum Modified TiO₂-Embedded Carbon Nanofibers 광촉매, Au@CdS/TiO₂ nanofibers 광촉매의 물분해 효율 평가

° 3차년도: Photochemical Tandem Cell의 적용 및 전환효율 극대화 연구
- CZTS-TiO₂ pn junction형 광촉매, TiO₂ Nanotube Arrays Covered with Reduced Graphene Oxide 광촉매와 같은 tandem형 광촉매를 최적화하고 전환 효율 극대화를 위해 새로운 전환 시스템 개발을 수행함.
- Photochemical Tandem Cell 시스템을 설계, 제작하여 개발한 나노 광촉매를 적용하여 CO₂의 전환특성 및 효율을 평가함.
- Photochemical Tandem Cell을 이용하여 대량의 CO₂ 가스의 환원실험을 수행하여 신규 하이브리드 나노 광촉매의 상용화 가능성을 검토함.

연구결과의 활용계획
° 제철소와 화력발전소 등에서 방출되는 CO₂ 가스를 효율적으로 탄화수소 연료나 합성가스 (syngas)등으로 환원함으로써 지구 온난화로 인한 피해를 줄이고 화석연료 기반의 인프라를 활용할 수 있기 때문에 막대한 경제적 이익이 기대됨.
° 촉매의 구조와 표면을 나노 수준에서 제어할 수 있는 합성법과 이를 통해 개발되는 새로운 광촉매의 연구는 중요한 학문적 가치를 가짐.
° 하이브리드 나노 광촉매는 CO₂ 환원 연구뿐만 아니라 최근 크게 주목을 받고 있는 물분해를 통한 수소 생산연구, 미생물 바이오전지 연구 등 다양한 분야에 활용할 수 있음.
° 신규 광촉매의 구조적, 표면적 특성에 따른 CO₂의 선택적 전환 특성을 분석하여 CO₂의 환원 메커니즘 및 광촉매 반응 메커니즘을 이해하는데 많은 기여를 할 수 있음.
° 광화학적 전환기술의 핵심소재인 광촉매 및 전환 소자의 원천기술을 확보하여 앞으로 열릴 탄소시장에서의 기술 경쟁력 및 시장 경쟁력을 가질 수 있으리라 예상됨.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
° Synthesis of highly efficient hybrid nano photocatalysts for the greenhouse gas CO₂ conversion into hydrocarbon fuels.
° Study on the properties of the conversion selectivity and investigation of the physical and chemical mechanism according to the structure and s

Purpose&contents
° Synthesis of highly efficient hybrid nano photocatalysts for the greenhouse gas CO₂ conversion into hydrocarbon fuels.
° Study on the properties of the conversion selectivity and investigation of the physical and chemical mechanism according to the structure and surface treatment.
° Application of the hybrid nano photocatalysts to the Photochemical Tandem Cell for the maximization of conversion efficiency.

Result
° 1st year: Synthesis of hybrid nanostructured photocatalyst and evaluation of CO₂ reduction characteristics
- Synthesize hybrid nanostructured photocatalyst which can absorb light within the range of multi-wavelength such as Titania-silica mixed oxides, Sculptured Copper Thin Films Grown Directly on TiO₂ via a novel method using nanoparticles with the characteristics of inorganic semiconductor as a precursor.
- Evaluate physiochemical aspects occurring on the surface and structure of synthesized photocatalyst.
- Photoreactor design and testing of newly synthesized nanostructured photocatalyst i.e. Titania-silica mixed oxides, Sculptured Copper Thin Films Grown Directly on TiO₂, for CO₂ conversion efficiency.

° 2nd year: Optimize hybrid nanostructured photocatalyst with high efficiency.
- Synthesise of p-n junction type CZTS-TiO₂, Platinum Modified TiO₂-Embedded Carbon Nanofibers, Au@CdS/TiO₂ nanofibers and Carbon and Nitrogen co-doped Sodium Titanate Nanotubes.
- Evaluate CO₂ reduction and the efficiency of optimized nanostructured photocatalyst, Nitrogen co-doped Sodium Titanate Nanotubes.
- Evaluating the efficiency of Platinum Modified TiO₂-Embedded Carbon Nanofibers and Au@CdS/TiO₂ nanofibers for water splitting.

° 3rd year: Research of applying Photochemical Tandem Cell and maximize the efficiency of CO₂ reduction
- To develop new reduction system for optimizing and maximizing the efficiency of photocatalyst like p-n junction type photocatalyst such as CZTS-TiO₂ and tandem type photocatalyst such as TiO₂ Nanotu-be Arrays Covered with Reduced Graphene Oxide.
- Design and fabricate Photochemical Tandem Cell system and applying the developed nanostructured photocatalyst for CO₂ reduction test and efficiency.
- Examine the possibility of commercialization of newly developed hybrid nanostructured photocatalyst by carrying out CO₂ reduction test in large scale using Photochemical Tandem Cell.

Expected Contribution
° Economic benefit is expected because of curtailed environmental damage from greenhouse gas by converting CO₂ from steel mills and thermoelectric power plants into hydrocarbon or syngas.
° Synthesis method to control catalysts structure and surface in nano-level and the research of newly developed photocatalyst via this method is an important scientific asset.
° Hybrid nanostructured photocatalyst can be applied not only to CO₂ reduction but also to H₂ generation via water splitting, microbial fuel cell etc, which are quite hot topic these days.
° It will contribute in understanding the reduction mechanism of CO₂ by analysing selective CO₂ reduction depending upon the structural and superficial feature of newly developed photocatalyst.
° By securing the original technology of photocatalyst and conversion element, which forms the core technology in photochemical conversion, a technological and market competitiveness is expected.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 22 5. 연구결과의 활용계획 ... 23 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 23 7. 참고문헌 ... 24 8. 연구성과 ... 26 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 36 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 36 11. 기타사항 ... 36끝페이지 ... 36