초록 ▼

연구개요
본 연구는 물분해를 통해 수소 연료를 얻는 것에 관련된 연구로, “고효율 저비용의 산화물 복합체 전기화학촉매 (electrocatalyst) 및 광촉매 (photocatalyst) 를 성장 및 개발" 하여, 궁극적으로 태양 에너지를 통해 얻은 수소 연료의 경제성을 향상시키는 것을 최종 목표로 한다. 특히 본 연구를 통하여, CoOx, NiOx 등의 전기화학촉매와, metal oxide, silicon 등의 광촉매, 전기화학촉매-광촉매 복합체를 개발하고, 이를 통해 광전기화학적 물분해 (Photoelectrochemic

연구개요
본 연구는 물분해를 통해 수소 연료를 얻는 것에 관련된 연구로, “고효율 저비용의 산화물 복합체 전기화학촉매 (electrocatalyst) 및 광촉매 (photocatalyst) 를 성장 및 개발" 하여, 궁극적으로 태양 에너지를 통해 얻은 수소 연료의 경제성을 향상시키는 것을 최종 목표로 한다. 특히 본 연구를 통하여, CoOx, NiOx 등의 전기화학촉매와, metal oxide, silicon 등의 광촉매, 전기화학촉매-광촉매 복합체를 개발하고, 이를 통해 광전기화학적 물분해 (Photoelectrochemical Water Splitting) 의 효율을 향상시키고, 공정 단가를 낮춘다.

연구 목표대비 연구결과
전기화학촉매 개발에서는, 전이금속산화물 기반 물산화 촉매 개발과, carbon filler 등 복합체화를 통한 촉매활성 향상 등에 대해 연구를 수행하였으며, Ni²⁺ 와 phosphate buffer 환경에서 4 nm 이하 ultrathin NiPi 촉매를 개발하고, 그 특성 및 작용 mechanism에 대한 연구를 수행하였다.

광촉매 개발의 경우, PbCrO₄ 광촉매에 대한 전기화학 성장법을 연구하여, microrod 형태의 PbCrO₄를 형성할 수 있었으며, 기존 nanorod 형태에 비해 개선된 광반응성을 얻을 수 있었다. 전기화학분석을 통해 향상된 minority carrier diffusion length에 대해 확인하고, 실제 물분해 반응에 적용하여, 높은 효율의 광전기화학적 물분해를 달성할 수 있었다. 산화물 기반 광촉매 뿐만 아니라, silicon 등 다양한 광촉매에 대해서도 연구를 수행하였으며, CaCl₂ 용융염 기반 환경에서 SiO₂의 전기화학적 환원을 통해 고순도 silicon을 얻을 수 있었다.

뿐만 아니라, 다양한 광촉매에 대해 광전기화학적 CO₂ 환원에 관한 연구도 수행하였으며, CuBi₂O₄ 광전극을 통해 광환원반응과 광촉매 특성을 중탄산염 수용액에서 확인하였다. Au 조촉매와의 복합체화를 통해 광전기화학적 CO₂ 환원의 활성 향상 및 HCOOH 형성 가능성을 확인해볼 수 있었다.

연구개발결과의 중요성
PbCrO₄를 이용한 광전기화학적 물분해는 보고된 바가 없으며, 그 활성 또한 기타 연구들과 비견된다. 또한, 본 연구를 통해 개발한 전기화학적 합성법 또한 기보고된 바가 없어, 우수논문에 게재될 수 있었다. 그러나, PbCrO₄를 이용한 광전기화학적 물분해의 특성이 우수하나, 본 연구에서는 불안정성 문제를 완전히 해결하지 못하였으며, 해당 후속 연구가 기대되나, 광촉매가 갖는 환경적, 광학적 한계가 많은 파급력을 갖기에 제한적일 것이라 예상된다.

또한, 전기화학적 고순도 silicon 광촉매 생산이라는 연구를 함께 수행하여, 기존 silicon 생산 공정을 대체할 수 있는 기술을 개발하였다는 점에서 그 중요성이 있다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 1.1. 연구개발의 필요성 ... 3
• 1.2. 연구 목표 ... 3
• 1.3. 연차별 연구 목표 및 범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2.1. 1차년도 ... 5
• 2.2. 2차년도 ... 7
• 2.3. 3차년도 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 16
• 대표적 연구실적 ... 18
• 끝페이지 ... 28