초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
실질적으로 활용도가 높은 촉매나노구조는 높은 활성도와 반응 선택성 및 촉매 반응 하에서 구조적 안정성을 동시에 지녀야 한다. 이러한 다양한 요구조건을 만족하는 나노입자의 합성은 나노입자 형성 원리에 대한 근원적인 이해가 있어야 하며 나노입자의 형성을 원자수준에서 제어할 수 있는 연구방법론의 개발이 필수적이다. 본 연구실이 보유하고 있는 고유한 원천기술인 나노입자의 준안정성 유도, 고에너지 나노구조 형성 기법, 나노에칭, 합금 나노입자내의 원자 배치 조절 기법 등의 확장 연구를 통하여 기존의 연구방법론으

□ 연구의 목적 및 내용
실질적으로 활용도가 높은 촉매나노구조는 높은 활성도와 반응 선택성 및 촉매 반응 하에서 구조적 안정성을 동시에 지녀야 한다. 이러한 다양한 요구조건을 만족하는 나노입자의 합성은 나노입자 형성 원리에 대한 근원적인 이해가 있어야 하며 나노입자의 형성을 원자수준에서 제어할 수 있는 연구방법론의 개발이 필수적이다. 본 연구실이 보유하고 있는 고유한 원천기술인 나노입자의 준안정성 유도, 고에너지 나노구조 형성 기법, 나노에칭, 합금 나노입자내의 원자 배치 조절 기법 등의 확장 연구를 통하여 기존의 연구방법론으로는 합성이 불가능한 고효율 나노촉매구조들을 제안함으로써 나노 촉매기술의 원천성을 확보하고자 한다.

□ 연구결과
나노입자가 큰 촉매 활성도를 지니기 위해서는 노출된 표면적이 넓고 또한 노출된 표면의 에너지가 높은 구조여야 한다. High index facet, step, kink, twin boundary 과 같은 고에너지 나노입자 표면은 열역학적으로 불안정하므로 전구물질의 분해속도를 증가시키는 연구 기법 및 원자수준의 표면 원자 재배치/제어 연구 기법을 통한 반응속도론적인 접근이 필수적이다. 또한 나노입자의 촉매 반응하에서 구조적 안정성을 담보하기 위해서는 3차원 계층적 나노구조를 형성하는 것이 유리하다. 이를 위해서는 계층적 나노구조를 순차적으로 쌓아가는 결정 성장 제어 방법과 3차원으로 나노입자를 배열 후 순간적인 나노입자간의 접합을 도모하는 연구 방법론 두 가지의 접근이 가능하다. 1단계 동안 쌍결정 생성원리 및 유도기법 연구, 쌍결정 인터페이스의 길이 증대 기법 연구, core-shell 구조와의 접목 연구를 진행하였으며, 표면적이 극대화된 나노구조를 합성하기 위하여 백금 및 다른 귀금속의 3차원 네트워크 구조 및 코어-쉘 나노구조를 포함하는 네트워크 구조 합성을 연구하였다. 또한 합금구조의 원자수준 제어를 위하여 alloying / dealloying 방법론 정립 연구 및 준안정성 개념 정립 연구를 진행하였으며 다수의 고효율 나노촉매를 합성할수 있었다.

□ 연구결과의 활용계획
나노입자의 형성/분해 과정에 대한 면밀한 이해를 통하여 열역학적으로 불안정한 고에너지 구조를 얻을 수 있는 다양한 반응속도론적 연구 기법이 정립될 수 있을 것이다. 합금상의 alloying / dealloying 및 나노구조의 준안정성에 대한 학문적 관심이 제고 될 것이며 이는 우수한 나노촉매 개발 연구에 촉매제가 될 것이다. 또한 다수의 촉매 물질에 대한 지식재산권 확보가 가능하여 연료전지 기술, 수소생산 기술 등에서의 다양한 산업적 응용이 기대된다. 아울러 존 연구는 나노구조 합성, 분석, 응용이라는 전주기적 연구 경험을 연구에 참여한 학생에게 제공하므로 우수한 연구인력 배양에도 큰 도움이 될 것이다.

( 출처 : 요약문 5p )

Abstract ▼

□ Purpose&contents
Nanostructured catalysts with high practical applicability must possess excellent catalytic activity, selectivity for specific reactions and structural stability under catalytic reaction. The synthesis of such nanomaterials that can satisfy those aforementioned criteria require

□ Purpose&contents
Nanostructured catalysts with high practical applicability must possess excellent catalytic activity, selectivity for specific reactions and structural stability under catalytic reaction. The synthesis of such nanomaterials that can satisfy those aforementioned criteria requires the understanding of fundamental synthetic mechanism of nanoparticles and the development of various methodologies for controlling the synthetic mechanism at atomic scale. Our lab has various experimental techniques and methodologies for inducing the metastability of nanoparticle, nano-etching, synthesizing nanoparticles with high surface energy and arranging different atoms in alloy nanoparticles. By extending the research based on those techniques, we would like to introduce highly efficient nanostructured catalysts which are unprecedented with conventional synthetic approaches, thus creating and securing a new class of technology in nanocatalysis.

□ Result
In order for nanoparticles to have high catalytic activity, large surface to volume ratio with high surface energy is necessary. Because the surface of nanoparticle having high index facet, step, kink or twin boundary is thermodynamically unstable, kinetic approaches, increasing the rate of precursor decomposition and the rearrangement and control over atoms on the surface of nanoparticle for instance, to synthesize such nanoparticles must be considered. Moreover, forming 3-D hierarchical nanostrucure may be advantageous to maintain the structural integrity of nanoparticle under catalytic reaction. To realize such nanostructure, two different methods can be adopted: controlling the sequential growth of hierarchical nanostructure and the instantaneous assembling of three dimensionally arranged nanoparticles. During the first phase, we studied the principle behind twinned boundary formation and how to induce and lengthen the boundary, and also attempted to apply the formation of twinned boundary to core-shell structure. In addition, we studied embedding core-shell structure in 3D network structure with platinum and other precious metals to maximize the surface area of as-synthesized nanostructures. Furthermore, we established the concepts and methodologies in alloying/dealloying of nanoparticles at atomic scale and their metastability. As a result, we could synthesize a number of highly efficient nanostructured catalysts by utilizing the progress we made in this research.

□ Expected Contribution
Through in-depth understanding of the decomposition and formation process of nanoparticle, various kinetic approaches to develop synthetic routes may be established to synthesize thermodynamically unstable, high-energy nanostructures. In addition to bringing academic interest toward alloying/dealloying in alloy phase and the metastability of nanoparticle, it is possible to obtain the intellectual properties of several catalytic nanomaterials and apply them in various industrial fields including fuel cell and hydrogen generation. Besides, this research project can provide the participating students a comprehensive laboratorial experience of synthesizing, analyzing and applying the nanostructures, thus contributing to the education of prospective researchers.

( 출처 : SUMMARY 6p )

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 52 5. 연구결과의 활용계획 ... 62 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 62 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 65 8. 참고문헌 ... 66 9. 연구성과 ... 67 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 85 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 85 12. 기타사항 ... 86별첨1 ... 87별첨2 ... 102끝페이지 ... 139