초록 ▼

ㅇ 연구개요
현재 수소를 생산하는 여러 방법으로는 천연가스 리포밍, 천연가스 열분해, 고분자 탄화수소 부분 산화반응들이 있으나 이런 방법들은 환경오염을 유발함. 빛을 이용한 광화학적 전기분해법은 단순하면서도 효율적인 수소생산이 가능하여, 매우 경쟁력 있는 방법 중의 하나로 꿈의 기술이라 불림. 이 기술에 적합한 물질 중 하나인 산화철은 이론 변환 효율이 16%에 달하고, 풍부하게 분포 된 자원이며, 값이 싸며 화학적으로 안정하여 많은 연구가 이루어지고 있으나 낮은 전기 전도도 및 짧은 정공 확산 길이로 인해 2-3%정도의 낮은

ㅇ 연구개요
현재 수소를 생산하는 여러 방법으로는 천연가스 리포밍, 천연가스 열분해, 고분자 탄화수소 부분 산화반응들이 있으나 이런 방법들은 환경오염을 유발함. 빛을 이용한 광화학적 전기분해법은 단순하면서도 효율적인 수소생산이 가능하여, 매우 경쟁력 있는 방법 중의 하나로 꿈의 기술이라 불림. 이 기술에 적합한 물질 중 하나인 산화철은 이론 변환 효율이 16%에 달하고, 풍부하게 분포 된 자원이며, 값이 싸며 화학적으로 안정하여 많은 연구가 이루어지고 있으나 낮은 전기 전도도 및 짧은 정공 확산 길이로 인해 2-3%정도의 낮은 효율에 머물러 있는 상태임. 따라서 산화철의 전기전도도 향상 또는 짧은 정공 확산 길이를 개선시킬 수 있는 산화철 제조법을 필요로 함

ㅇ 연구 목표대비 연구결과
연구의 목표는 산화철의 구조제어, 도핑, 표면처리, 조 촉매의 활용 등의 다양한 접근을 통해 산화철의 단점인 낮은 전기 전도도 또는 짧은 정공 확산길이를 개선시켜 일반적으로 산화철 전극의 효율이 1mA/cm² 이하의 효율을 나타내는 것을 최종적으로 3.5mA/cm² 이상의 효율을 나타낼 수 있는 산화철 제조를 목표로 하였으며, 연구결과로는 MoSx 물질을 산화철 표면에 코팅함으로써 p-n 접합을 이루는데 성공함. 여기에 Co-Pi 조촉매를 사용하여 약 3mA/cm²의 고효율을 보이는 산화철 제조하였음. 그러나 이 방법은 CVD의 사용으로 인해 대면적화에 불리하다는 단점이 있음. 대면적화가 가능하면서 간단한 방법인 APTMS를 FeOOH표면에 간단히 처리하여 열처리 하였을 경우 다공성 산화철이 형성 되었으며, 여기에 Co-Pi의 촉매를 붙임으로써, 3.2mA/cm²의 고효율을 보이며 대면적화가 가능한 산화철 제조에 성공함. 추가적으로 Co-Pi를 대체할 수 있는 물질로 FeOOH 조촉매에 Ti를 도핑함으로써 다공성 구조를 가지는 산화철의 빛 가림 현상을 최소화함과 동시에 우수한 OER성능을 가지는 Ti가 도핑된 FeOOH 조촉매를 개발함으로써 최종적으로 4.06mA/cm²라는 우수한 산화철 제조에 성공하였음. 결론적으로, 기존의 연구 목표였단 3.5mA/cm² 산화철 제조에서 4.06mA/cm²의 산화철 제조에 성공함으로써 116% 연구 목표치를 달성하였음

ㅇ 연구개발결과의 중요성
본 연구개발결과는 국내 및 세계 수준에서 보아도 최고 수준의 효율을 보여주는 산화철 전극의 제조에 성공하였음과 동시에, 기존의 연구들과 달리 저렴한 재료들과 간단한 제조방법을 사용함으로써, 향후 상용화를 위한 대면적화 기술 및 경제적 이점을 고려할 시 산화철을 통한 수소생산 연구에 기술적으로 경쟁우위 확보가 가능함. 연구결과로 개발 한 산화철은 높은 표면적을 가지는 다공성 산화철로써, 후속연구에 있어서도 기존의 산화철 제조방법에 비해 뛰어난 효율 향상을 예상할 수 있으며, 수소생산 분야 외에도 기존에 산화철을 사용하는 에너지 저장장치, 센서등의 다양한 분야에 본 연구개발결과를 적용할 수 있을 것이라 예상함


(출처 : 연구결과 요약문 2P)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• (1) 연구개발의 필요성 ... 3
• (2) 연구가설 및 최종 목표 ... 5
• (3) 연구범위 및 연구 내용 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 16
• 대표적 연구실적 ... 24
• 끝페이지 ... 39