보고서 정보
주관연구기관 |
충남대학교 Chungnam National University |
연구책임자 |
신원규
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-05 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201800005104 |
과제고유번호 |
1711036986 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2018-05-05
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키워드 |
코어-쉘 나노와이어.화학증기증착.물분해.수소생산.Core-shell nanowire.ZnO-TiO₂ nanowires.Chemical vapor deposition.Water splitting.Hydrogen generation.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800005104 |
초록
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연구의 목적 및 내용
◦ 본 과제의 최종 목표는 국내외적으로 시도되지 않았던 기체상 나노와이어 제조 방법 및 코어-쉘 나노와이어 제조 방법 및 장치, 이를 바탕으로 물분해 및 수소발생 디바이스를 짧은 시간에 제작할 수 있는 방법을 개발하고자 함.
◦ 개발하고자 하는 목표 사양은 ZnO 코어 (지름 크기: 최대 100 nm 전후) - 쉘(TiO2, 두께: 수 nm ~ 20 nm 전후) 코어-쉘 나노와이어를 제조하는 것임.
◦ 본 연구에서 이용하는 기체상 코어 나노와이어의 제조방법은 기체상에서 화
연구의 목적 및 내용
◦ 본 과제의 최종 목표는 국내외적으로 시도되지 않았던 기체상 나노와이어 제조 방법 및 코어-쉘 나노와이어 제조 방법 및 장치, 이를 바탕으로 물분해 및 수소발생 디바이스를 짧은 시간에 제작할 수 있는 방법을 개발하고자 함.
◦ 개발하고자 하는 목표 사양은 ZnO 코어 (지름 크기: 최대 100 nm 전후) - 쉘(TiO2, 두께: 수 nm ~ 20 nm 전후) 코어-쉘 나노와이어를 제조하는 것임.
◦ 본 연구에서 이용하는 기체상 코어 나노와이어의 제조방법은 기체상에서 화학증기증학법을 이용하여 저비용으로 나노와이어를 고속으로 성장시키는 방법임. 반응온도, 유량, ZnO vapor 농도 등을 제어하여 ZnO 나노와이어의 형상제어를 하려고 함.
◦ 쉘 구조 형성은 기체상에서 chemical vapor deposition 방법으로 이루어지며 반응온도, 유량, 전구체의 농도 등의 공정변수를 조절하여 쉘의 두께 및 조성을 제어하려고 함. 쉘을 예측가능한 형태로 형성시키는 것에 연구의 초점을 맞출 것임.
◦ 본 연구에서는 다양한 분석 기술 (TEM, EDX, XPS, UV-Vis)을 이용하여 ZnO-TiO2의 형상 및 조성을 분석할 것임.
◦ ZnO-TiO2 코어-쉘 나노와이어의 형상/조성이 물분해 (수소발생) 효율에 미치는 영향을 분석할 것임.
연구결과
◦ ZnO 나노와이어의 형상제어
기판 위 촉매의 종류, 공급방법에 따라 ZnO 나노와이어의 형상과 크기가 달라짐.
공정 온도, 유량, 시간을 제어하여 원하는 형상 및 크기를 제어할 수 있음.
◦ ZnO-TiO2 코어-쉘 나노와이어의 형상제어
희석가스의 유량에 따라 공정 장치 내부의 TiO2 체류시간이 결정되고, 이에 따라 TiO2의 물질상이 달라짐. TTIP-TiO2의 반응시간이 체류시간에 비해 상대적으로 짧을 경우, TiO2 입자가 발생. TTIP-TiO2의 반응시간이 체류시간에 비해 상대적으로 길 경우, TiO2 쉘이ZnO 나노와이어 표면에 코팅됨.
◦ 쉘 두께 제어 방법
TiO2 쉘을 코팅하는 시간을 조절하여 TiO2 쉘의 두께를 제어함. 30분, 45분, 60분 동안 코팅하였을 때 각각 평균적으로 약 15, 30, 50 nm의 두께를 가진 ZnO-TiO2 코어-쉘나노와이어가 제조됨.
◦ ZnO-TiO2 코어-쉘 나노와이어를 이용한 수소생산
ZnO-TiO2를 작업전극으로 활용한 3전극 물분해 장치를 통해 물분해 효율을 측정. 쉘 두께에 따라 물분해 효율이 달라지는 결과를 얻었고, 최적의 쉘 두께를 도출함.
연구결과의 활용계획
◦ 본 연구대상 기술인 기체상 코어-쉘 나노와이어 제조 기술 개발은 궁극적으로 나노기술의 질적⋅양적성장을 뒷받침 할 수 있는 획기적이고 효율적인 첨단 나노소재 제조 기술을 제공할 수 있을 것으로 기대됨.
◦ 본 연구대상 기술인 기체상 코어-쉘 나노와이어 제조 기술 개발은 다양한 조합의 코어-쉘 구조의 나노와이어를 연구 개발하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대됨.
◦ 코어-쉘 구조 나노와이어는 적어도 2가지 이상의 특성을 나타내는 복합 기능의 나노소재이기 때문에 광학소자/환경/에너지/바이오 분야의 산업의 거의 모든 분야에 걸쳐서 응용될 수 있음.
(출처 : 요약문 4p)
Abstract
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Purpose& contents
◦ The final goal of this project is to demonstrate synthesizing core-shellnanowires in gas phase and rapidly making core-shell nanowires based water splitting devices with a low production cost and high efficiency.
◦ We aim to synthesize ZnO (diameter : ~ 100 nm)-TiO2
Purpose& contents
◦ The final goal of this project is to demonstrate synthesizing core-shellnanowires in gas phase and rapidly making core-shell nanowires based water splitting devices with a low production cost and high efficiency.
◦ We aim to synthesize ZnO (diameter : ~ 100 nm)-TiO2 (shell thickness: few nm ~ 20 nm) core-shell nanowires.
◦ In the present study, we will use chemical vapor deposition method to grow nanowires fast with low cost. Reaction temperature, flow rate, and ZnO vapor concentration will be investigated for the shape control of ZnO nanowires.
◦ Formation of shell structure will be done via. chemical vapor deposition. Reaction temperature, flow rate, and ZnO vapor concentration will be investigated for the control of thickness of TiO2 shell.
◦ In the present study, we will make use of TEM, EDX, XPS, and UV-Vis, etc. for the shape and chemical analysis of ZnO-TiO2 core shell nanowires.
◦ We will investigate the effect of shape and chemical composition of ZnO-TiO2 core-shell nanowires on the water splitting process.
Result
◦ Shape control of ZnO nanowires
Shape and length of ZnO nanowieres depend on type and deposition method of catalyst on a substrate.
Reaction temperature, flow rate, and deposition time are primary parameters.
◦ Shape control of ZnO-TiO2 core-shell nanowires
Flow rate of dilution gas determines the residence time of TiO2 in the reaction chamber. Reaction time of TTIP to TiO2 is shorter than the residence time, TiO2 particles are formed. On the other hand, TiO2 shell is formed on the ZnO nanowires.
◦ Control of shell thickness
Deposition time is controlled to coat TiO2 shell on ZnO nanowires. 30 min., 45 min., and 1 hour resulted in about 15, 30, and 50 nm in thickness of TiO2, respectively.
◦ Hydrogen production using ZnO-TiO2 core-shell nanowires
Three electrodes water splitting device using ZnO-TiO2 nanowires as working electrode shows that water splitting efficiency is changed depending on shell thickness.
Expected Contribution
◦ Gas phase synthesis method of core-shell nanowires will provide us with innovative and effective nanomaterial manufacturing technology which will support the quantitative and qualitative growth of nanotechnology.
◦ Using gas phase synthesis method of core-shell nanowires, various core-shell nanowires can be developed.
◦ Core-shell nanowires can combine the functional properties of at least two materials. Thus, they can be applied in the areas of optical part/environment/energy/bio industries.
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 19
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 20
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 22
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 23
- 8. 참고문헌 ... 23
- 9. 연구성과 ... 24
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 27
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 27
- 12. 기타사항 ... 27
- 별첨1 대 표 연 구 성 과 ... 28
- 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 37
- 끝페이지 ... 45
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