초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
복합구조 입자제조 기술, 전지화 기술 및 양자 계산을 바탕으로 광전기화학 수전해를 통한 차세대 친환경·고효율 수소생산 기술 발굴·개발하고자 함. 선기획 단계에서는 기존의 photo-(electro-)cell 전극 물질들의 한계를 조사하여 새로운 cathode/anode 활용이 기대되는 복합구조 물질 후보군을 3건 이상 선정하고, 본 연구에서는 양자 계산을 활용하여 최적의 밴드 구조를 가지며 실험적 검증을 통해 궁극적으로 1) 표준태양광원 하에서 입자형 광촉매의 광전기화학 수전해 수소생산속도 5000μm

□ 연구의 목적 및 내용
복합구조 입자제조 기술, 전지화 기술 및 양자 계산을 바탕으로 광전기화학 수전해를 통한 차세대 친환경·고효율 수소생산 기술 발굴·개발하고자 함. 선기획 단계에서는 기존의 photo-(electro-)cell 전극 물질들의 한계를 조사하여 새로운 cathode/anode 활용이 기대되는 복합구조 물질 후보군을 3건 이상 선정하고, 본 연구에서는 양자 계산을 활용하여 최적의 밴드 구조를 가지며 실험적 검증을 통해 궁극적으로 1) 표준태양광원 하에서 입자형 광촉매의 광전기화학 수전해 수소생산속도 5000μmol/g.h 또는 STH (solar to hydrogen conversion) 7% 달성, 2) photo-(electro-)cell을 통한 수전해 안전성 확보 (연속생산 1000h) 하고자 함.

□ 연구개발성과
후보 물질 조사로 광전기화학 수전해용 광촉매 물질 후보(WO₃, Fe₂O₃, BiVO₄, CuO/Cu₂O) 를 선정하고 수소생산 기초연구와 계산화학에 기반한 촉매반응 메커니즘 연구를 수행하였음. 특히, CuO/ Cu₂O를 포함하는 복합구조 광촉매를 이용하여 광화학적 수전해 수소생 산을 표준태양광원하에서 수행하였고 수소생산속도 1092.5 mmolg^-1h^-1를 달성하여 비귀금속 물질을 이용한 입자형 광촉매의 수소생산 활용 가능성을 확인할 수 있었음. 광촉매와 광전기화학 전지 기술정보 검색을 통해 수소생산 관련 유효특허 722건을 도출하였음. 광산화전극 실현을 위한 구조 최 적하 사전 연구를 통해 고효율 산화 전극을 얻기 위한 다양한 표면개질 방법들에 대하여 문헌 조사와 기초 실험을 진행하였음. 산화물촉매에서의 OER 반응 메커니즘을 격자산소 반응연구를 통해 규명하였으며 열역학적 선호경 향을 파악하여 핵심인자 기반 활성반응 연구를 위한 volcano plot을 도출하여 향후 연구에서 활용 가능성을 파악하였음.

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
미세구조 제어, 입자특성 제어, 조성-미세구조-광촉매효율 관계 규명, 고효율 광촉매 소재 개발 등에 활용이 가능할 것으로 판단됨. 비귀금속 기반 전극 물질을 에너지 절감 합성법으로 제조하여 광전기화학셀의 경제성 확보 가능할 것으로 예상되며 광에너지를 매체로 하는 기술 개발로 신개념의 에너지/환경/재료 기술로도 활용 가능함. 오염을 줄이는 고효율 광감응소재는 환경오염물 처리 또는 전환(에너지원)을 위한 소재로 물 산업분야에도 파급효과가 클 것으로 예상. 선기획 과제 이후 본 과제에 선정되어 연구를 수행하게 된다면 5년 동안 총 석·박사과정 20명 이상이 참여하여 장래에 인력부족이 예상되는 화학반응공학 촉매소재 분야의 인력 양성에 도 크게 기여할 것으로 기대됨.

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 8
• 2-1. 이론적, 실험적 접근방법 ... 8
• 2-2. 연구내용 ... 9
• 2-3. 연구개발성과 ... 30
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 35
• 3-1. 목표 ... 35
• 3-2. 목표 달성여부 ... 35
• 3-3. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) ... 36
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 37
• 붙임. 참고문헌 ... 39
• 끝페이지 ... 40