보고서 정보
주관연구기관 |
포항공과대학교 Pohang University of Science and Technology |
연구책임자 |
김원배
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2018-07 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO202000007511 |
과제고유번호 |
1711043160 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2020-09-19
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키워드 |
접촉-인쇄.나노닷/나노링.나노선/나노튜브.패터닝.다차원 나노구조.촉매 담지.에너지변환 전극.에너지 소자.전극 촉매.contact-printing.nanodot/nanoring.nanowire/nanotube.patterning.multi-dimensional nanostructure.catalyst deposition.energy conversion electrode.energy device.electrode catalyst.
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초록
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□ 연구의 목적 및 내용
본 연구과제의 목표는 촉매 인쇄 기술, 수직 배향 1차원 나노구조 성장 기술, 전극 패터닝 기술, 활성촉매 담지 기술을 활용하여 기존 전극촉매 구조의 한계를 뛰어넘는 신개념의 패턴화된 다차원 나노구조 촉매 어레이 설계 기술을 개발하고 이를 에너지 소자의 고성능 전극재료로 구현하는 것이다. 이 최종 목표에 도달하기 위한 세부목표로,
● 접촉-인쇄 기술을 이용한 금속 나노닷/나노링 어레이의 전사 기술 활용
● 금속 나노닷/나노링을 촉매로 활용한 금속산화물 나노선/나노튜브 성장 기술 개발
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□ 연구의 목적 및 내용
본 연구과제의 목표는 촉매 인쇄 기술, 수직 배향 1차원 나노구조 성장 기술, 전극 패터닝 기술, 활성촉매 담지 기술을 활용하여 기존 전극촉매 구조의 한계를 뛰어넘는 신개념의 패턴화된 다차원 나노구조 촉매 어레이 설계 기술을 개발하고 이를 에너지 소자의 고성능 전극재료로 구현하는 것이다. 이 최종 목표에 도달하기 위한 세부목표로,
● 접촉-인쇄 기술을 이용한 금속 나노닷/나노링 어레이의 전사 기술 활용
● 금속 나노닷/나노링을 촉매로 활용한 금속산화물 나노선/나노튜브 성장 기술 개발
● 패터닝 및 활성촉매 담지를 통한 신개념의 다차원 나노구조 촉매 어레이 구현
● 고성능의 연료산화전극 및 산소환원전극 응용 및 성능 최적화, 그 외 에너지 소자로의 적용에 대한 연구를 수행하였다.
□ 연구결과
연료전지 및 에너지 저장 소자에서 빠른 전하전달 및 효과적인 계면간의 접촉을 만족하는 이상적인 전극촉매의 확립 및 촉매성능 효율을 향상시키기 위하여, 본 연구에서는 다양한 나노구조를 갖는 전극 촉매를 효과적으로 합성 및 제어하여 고성능 에너지 소자 구현 및 제작에 필요한 핵심기술을 확보하고자 하였다.
● 접촉-인쇄 기술을 이용한 금속 나노닷/나노링 어레이의 전사 기술 활용 : 나노스탬프 접촉-인쇄법을 활용하여 금 나노닷/나노링의 크기와 간격을 제어하여 전사할 수 있음을 확인하였고, 더 나아가 다양한 소자에 활용가능성을 높이기 위해 나노입자의 재료와 기판을 다양화하는 연구를 수행하였다.
● 금속 나노닷/나노링을 촉매로 활용한 금속산화물 나노선/나노튜브 성장 기술 개발 : 확립된 1차원 나노구조 합성법을 통해, 지름, 밀도, 간격 등의 제어가 가능한, 나노튜브와 기둥형태의 나노스탬프를 제조 하였고, 이를 촉매로 활용하여 선택적 위치에 패턴된 나노선/나노튜브를 성장시킬 수 있는 기술을 확보하였다.
● 패터닝 및 활성촉매 담지를 통한 신개념의 다차원 나노구조 촉매 어레이 구현 : 박막 seed layer를 활용한 선형 패턴 및 사각형 패턴, 패턴없이 제조된 나노선 어레이를 제작하였으며, 더 나아가 5nm 이하의 높은 분산도를 보이는 금속 나노입자를 담지하는 기술을 확보하였다.
● 고성능의 연료산화전극 및 산소환원전극 응용 및 성능 최적화, 그 외 에너지 소자로의 적용: 이상적인 전극물질과 구조를 실현하기 위해 앞서 언급한 기술들을 활용 및 응용하여 여러 형태의 나노구조물을 합성하였고, 이에 대한 물리화학적, 전기화학적 특성 또한 심도있게 연구하여, 연료전지 및 에너지 소자로의 적용 가능성에 대해 알아보았다.
□ 연구결과의 활용계획
본 연구과제는 고효율의 전극 촉매를 구현하기 위하여, 촉매 인쇄 기술, 수직 배향 1차원 나노구조 성장 기술, 전극 패터닝 기술, 활성촉매 담지 기술을 확보하고 이러한 기술들의 활용을 통해 고성능 촉매전극 구현을 목표로 하였다. 따라서 본 연구과제를 통해 구현된 고성능의 촉매전극은 연료전지 전극 이외에도 광전기화학 소자, 에너지저장 소자 등의 신재생 에너지 관련 신소재로 적용할 수 있어 활용도와 응용성이 매우 높다. 또한 에너지 소재, 소자, 제조 공정에 관한 원천핵심기술의 확보와 함께 새로운 지식 창출을 통한 주요한 학술적 성과가 기대되며, 저가 및 고성능의 소자 개발을 통해 에너지 분야의 신시장 창출에도 크게 기여할 것으로 보인다.
(출처 : 한글요약문 4p)
Abstract
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□ Purpose& contents
This research project has the final goal to enhance the catalyst performance compared to that of conventional electrode catalyst via fabrication of a new concept of patterned multi-dimensional nano-structured catalyst array by utilizing printing technology, vertically aligned
□ Purpose& contents
This research project has the final goal to enhance the catalyst performance compared to that of conventional electrode catalyst via fabrication of a new concept of patterned multi-dimensional nano-structured catalyst array by utilizing printing technology, vertically aligned one-dimenstional nano structure growth technology, patterning technology for energy devices. To reach to this goal, we will carry out and develop seㅍ eral sub-techniques:
1) Printing platform of catalyst nanodots/nanorings patterned by contact-printing method
2) Fabrication and control of vertically aligned nanowires/nanotube over the catalyst nanodots/nanorings
3) Implementation of new concept of multi-dimensional nanostructured catalyst array via patterning and supporting of active catalyst
4) Application and optimization of high performance fuel cell electrode and application to other energy devices.
□ Result
For developing the ideal electrode and enhancing the catalyst performance, which satisfies the rapid charge trasnfer and effective interfacial contact in the fuel cell and the energy storage device, we will develop a efficient synthesis technology and control the electrode catalyst having various nanostucutures to establish critical technologies necessity for the implementation and fabrication of high-performance energy devices. Following studies will be performed :
1) Printing platform of catalyst nanodots/nanorings patterned by contact-printing method : Size and spacing of gold nanodot/rings can be transferred by utilizing the nano stamp contact-printing technology, and furthermore, it is possible to diversify materials and substrates.
2) Fabrication and control of vertically aligned nanowires/nanotube over the catalyst nanodots/nanorings : Fabrication of nanotubes and nanowires can control diameter, density, and spacing with selective sites via the established our new concept technology.
3) Implementation of new concept of multi-dimensional nanostructured catalyst array via patterning and supporting of active catalyst : Fabrication of nanowire arrays such as linear pattern, square pattern and featureless pattern can be prepared by thin film seed layer, and the technique of supporting metal nanoparticles having a high dispersion with average diameter of 5nm was established.
4) Application and optimization of high performance of fuel cell electrode and energy devices : In order to develop the ideal electrode material for the applicability to fuel cells and energy devices, various types of nanostructures were synthesized by applying the our technologies, and physicochemical and electrochemical properties were also studied in depth.
□ Expected Contribution
This research project aims at realizing high performance electrode catalysts by using printing technology, verically aligned one-dimensional nanostructure growth technology, patterning technology, and catalyst supporting technology. Through this research project, our technologies of contact-printing of nanoscale patterned nanodots/rings and growth of nanowires/nanotubes will be of great contribution of nanotechnology to control various nanostructures. And, the high performance electrode catalysts prepared by our technique can be applied to a fuel cell electrode as well as photoelectrochemical dievice and energy storage device, so that the utilization and applicability are very high.
(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 ... 7
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 25
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 27
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 27
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 28
- 8. 참고문헌 ... 28
- 9. 연구성과 ... 29
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 37
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 37
- 12. 기타사항 ... 38
- 별첨1. 대 표 연 구 실 적 ... 39
- 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 54
- 끝페이지 ... 59
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