초록 ▼

연구의 목적 및 내용
이산화탄소 전환시에 생성물은 일산화탄소, 메탄올, 메탄 등 다양하다. 이와 같은 생성물을 생성하기 위해서는 다전하 전달을 제어하는 것이 중요하다. 이에 다전하 전달 속도를 제어하도록 나노구조 촉매를 설계하고, 다전하 전달 속도 향상을 통해 이산화탄소 환원과물 산화 반응의 속도를 극대화하고자 한다. 본 연구에서는 광촉매에 의한 인공광합성으로 환원 반응에서는 메탄을, 산화반응에서는 산소를 다음의 생성속도로 얻어지는 것을 목표로 한다: 메탄 (>500 μmol/h·g), 산소 (>270 μmol/h·g), 수소

연구의 목적 및 내용
이산화탄소 전환시에 생성물은 일산화탄소, 메탄올, 메탄 등 다양하다. 이와 같은 생성물을 생성하기 위해서는 다전하 전달을 제어하는 것이 중요하다. 이에 다전하 전달 속도를 제어하도록 나노구조 촉매를 설계하고, 다전하 전달 속도 향상을 통해 이산화탄소 환원과물 산화 반응의 속도를 극대화하고자 한다. 본 연구에서는 광촉매에 의한 인공광합성으로 환원 반응에서는 메탄을, 산화반응에서는 산소를 다음의 생성속도로 얻어지는 것을 목표로 한다: 메탄 (>500 μmol/h·g), 산소 (>270 μmol/h·g), 수소 (>600 μmol/h·g). 이는 희생시약 없는 반응에서 순수한 광촉매의 활성으로는 기존의 보고에 비하여 150%이상 향상된 목표치이다.

연구결과
1차년도
- 결정면이 제어된 반도체 나노입자 합성 기술 확보
- 비정질 TiO₂ 층 도입을 통한 이종구조 양자점 설계 기술 확보
- 효율적인 전하분리 특성을 통한 촉매 효율 300% 향상 보고
- SCI 논문 3편 게재 및 특허 출원 1건

2차년도
- 광환원 반응을 이용한 graphene-반도체 복합체 제조기술 확보
- 다양한 이종 금속 나노입자의 CO₂ 환원 특성 평가
- Cu/Pt 조촉매 도입을 통한 메탄생성율 100% 달성
- SCI 논문 5편 게재 특허 출원 1건, 등록 1건

3차년도
- 조촉매-양자점 환원용 광촉매 제조기술 확보
- Z-scheme 반응 최적화를 위한 환원용, 산화용 광촉매간 최적비율 고찰 및 CO₂ 환원 특성 평가
- 희생 시약 없이 산화,환원 전체반응 메탄 370 μmol/h·g, 수소 412 μmol/h·g 달성
- SCI 논문 3편 게재 및 특허 출원 1건, 등록 2건

연구결과의 활용계획
- 개발된 광촉매는 인공광합성 분야를 비롯한 다양한 촉매 반응에 응용 가능
- 태양광을 효율적으로 활용할 수 있는 플랫폼으로 태양전지나 광검출기 등의 소자의 원천 기술로도 활용 가능
- 광촉매 분야의 우수한 연구인력 배출
- 다전하 전달의 광물리학적 개념을 화학 반응에 활용하는 융합형 연구분야 제시
- 금속 및 반도체에 대한 깊은 이해를 필요로 하므로 석박사과정 학생의 교육효과 증대

( 출처 : 한글요약문 5p )

Abstract ▼

Purpose&contents
The proposed research activities aim to design photocatalysts in which multi-charge transfer process is facilitated and thus catalyze carbon dioxide reduction and water oxidation in increased efficiency. We envision that the concerted research efforts will result in the following

Purpose&contents
The proposed research activities aim to design photocatalysts in which multi-charge transfer process is facilitated and thus catalyze carbon dioxide reduction and water oxidation in increased efficiency. We envision that the concerted research efforts will result in the following quantitative targets: production rate of methane (>500 umol/h·g), oxygen (>270 umol/h·g), and hydrogen (>600 umol/h·g).

Result
Year 1
- Development in synthetic method of semiconductor nanoparticles
- New synthetic method for heterostructure between quantum dots and amorphous TiO₂
- Increase in catalytic activity by 300% through efficient charge separation
- 3 SCI paper, 1 patent application and 1 patent registration

Year 2
- Development of synthesis method of graphene/semiconductor nanocrystal composite
- Achievement of methane selectivity 100%
- 5 SCI paper, 1 patent application

Year 3
- Synthesis of composites between quantum dots and metal cocatalysts and application to photocatalytic CO₂ conversion
- Exploration of optimal ration between photocatalysts for reduction and oxidation and CO₂ conversion with the Z-scheme materials: methane (370 μmol/h·g), hydrogen (412 μmol/h·g)
- 3 SCI paper, 1 patent application and 2 patent registration

Expected Contribution
- Developed materials can be applied to various kinds of photocatalytic reaction
- Provision of original technology about light harvesting system to apply solar cell and photo-detector device
- Human power production for photocatalyst research field
- Suggestion of new fusion research combination with physical optics and chemical reaction engineering

( 출처 : SUMMARY 6p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 15
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 43
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 46
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 48
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 49
• 8. 참고문헌 ... 49
• 9. 연구성과 ... 50
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 67
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 68
• 12. 기타사항 ... 70
• 별첨1 ... 71
• 별첨2 ... 86
• 끝페이지 ... 100