초록 ▼

총 연구기간 동안 연구수행을 통해 도출한 연구성과는 출판된 혹은 출판 중인 논문을 요약하여 기술하였음.

1. 원자층증착법으로 성장된 비정질 MoS₂의 수소발생촉매특성
원자층증착법으로 성장된 비정질 MoS₂만의 수소발생 촉매 특성을 조사하기 위해서, MoS₂를 평평한 기판인 실리콘 웨이퍼 위에 금이 증착된 기판을 사용하여 실험을 진행하였음. Turnover frequency(TOF, s^-1)은 촉매의 활성자리가 얼마나 빠르게 수소를 만드는

총 연구기간 동안 연구수행을 통해 도출한 연구성과는 출판된 혹은 출판 중인 논문을 요약하여 기술하였음.

1. 원자층증착법으로 성장된 비정질 MoS₂의 수소발생촉매특성
원자층증착법으로 성장된 비정질 MoS₂만의 수소발생 촉매 특성을 조사하기 위해서, MoS₂를 평평한 기판인 실리콘 웨이퍼 위에 금이 증착된 기판을 사용하여 실험을 진행하였음. Turnover frequency(TOF, s^-1)은 촉매의 활성자리가 얼마나 빠르게 수소를 만드는지를 보여주는 지표임. 원자층증착법으로 성장된 비정질 MoS₂의 경우, TOF가 비정질 MoS₂ 중에는 가장 큰 값을 가지고 있음. 이는 원자층증착법으로 성장된 비정질 MoS₂가 좋은 촉매의 후보가 될 수 있다는 것을 보여줌.

2. 다공성 기판 위에 성장된 MoS₂의 수소발생촉매특성
본 과제는 다공성 기판은 탄소섬유종이(carbon fiber paper, CFP)를 사용함. CFP는 비표면적이 매우 넓고 좋은 전기전도성을 가지고 있어, 수소발생촉매의 기판으로 사용하기 매우 적합한 물질임. 하지만 이러한 장점에도 불구하고 CFP의 표면이 소수성이기 때문에 수용액내에서는 합성이 잘이루어지지 않아 촉매 성능이 좋지 않음. 따라서 표면을 전기화학적 혹은 산소 플라즈마를 이용하여 전처리 해주면 촉매의 성능이 매우 향상되는 것을 보여줌.

3. 다공성 기판 위에 성장된 촉매의 활성 면적 평가에 대한 연구
본 연구에서는 전기화학적인 활성면적을 구하기 위해서 전기이중층에 충·방전이 일어나는 정도에 따라 활성 면적을 평가함. 좋은 촉매일수록 반응물의 전기화학적 흡착이 잘 일어나기 때문에, 충·방전이 잘 일어나게 되고 큰 전기용량을 보이게 됨. 따라서 전기화학으로 비활성인 다공성 기판을 이용한다면 촉매보다 무시할 수 있을 만큼 작은 전기이중층 정전용량을 가지게 되므로 다공성 긴판에 의한 정전용량을 무시할 수 있게 됨. 이것을 이용하면 촉매의 surface coverage, 전기화학적 활성 면적들을 보다 객관적으로 평가할 수 있게 함.

4. MoS₂와 CoS₂의 co-catalytic effects
MoS₂의 basal plane은 수소발생 촉매로서 비활성이지만, 금속을 basal plane에 도핑해줌으로서 촉매를 활성시킬수 있음. 그 중에서 Co가 가장 좋은 성능향상을 보여주었음. CoS₂는 exchange current density가 큰 반면에 MoS₂는 작은 Tafel slope을 가지게 됨. 따라서 본 연구에서는 CoS₂와 MoS₂를 공존시켜 큰 exchange current density와 작은 Tafel slope을 갖는 CoS₂-MoS₂ co-catalyst를 합성하였음.

5. 새로운 수소발생촉매 탐색 : ZnS
MoS₂, CoS₂ 등 sulfide계열의 화합물들이 수소발생촉매로서 활성을 가지는 것들이 많음. 따라서 본 연구에서는 diethylzinc와 1,5-pentanedithiol을 사용하여 ZnS를 원자층증착법으로 합성시켰음. 원자층증착법으로 증착하는 sulfide계열의 화학물들은 황 전구체로 황화수소를 사용함. 이 황화수소는 매우 유독한 물질로 좀 더 안전한 물질로 대체될 필요가 있음. 따라서 본 연구에서는 ZnS를 합성하는데 황 전구체로 1,5-pentandithiol을 이용하였음.

(출처 : 연구결과 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 11