초록 ▼

□ 연구개요
인구증가와 산업화에 따른 화석 연료의 수요 급증은 대기 중에 CO₂와 같은 온실가스 증가의 원인이 되어 지구 온난화와 자원 고갈의 문제가 발생하였고, 이를 해결하기 위한 하나의 방법으로 CO₂의 연료전환의 연구가 활발히 진행되고 있다, 연료전환 메커니즘의 이해하기 위해서는 현미경학적 분해능과 실제 광/CO₂ 환경에서의 적용 기술이 필요하며, 이는 실시간 환경 투과전자현미경을 이용하여 달성할 수 있다. 본 과제에서는 단계별로 액체, 기체, 열, 광학 환경에서의 실시간 분석시스템을 구축하였고, 이를 나노 촉매 소재의

□ 연구개요
인구증가와 산업화에 따른 화석 연료의 수요 급증은 대기 중에 CO₂와 같은 온실가스 증가의 원인이 되어 지구 온난화와 자원 고갈의 문제가 발생하였고, 이를 해결하기 위한 하나의 방법으로 CO₂의 연료전환의 연구가 활발히 진행되고 있다, 연료전환 메커니즘의 이해하기 위해서는 현미경학적 분해능과 실제 광/CO₂ 환경에서의 적용 기술이 필요하며, 이는 실시간 환경 투과전자현미경을 이용하여 달성할 수 있다. 본 과제에서는 단계별로 액체, 기체, 열, 광학 환경에서의 실시간 분석시스템을 구축하였고, 이를 나노 촉매 소재의 반응 환경에서의 분석에 활용하여, 촉매의 원자결함(Atomic defects)이 활성 사이트 역할을 하는 증거를 확인 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제를 통하여 실기간 ETEM에 in-situ gas cell 고도화, 신규 in-situ liquid cell 구축 및 신규 in-situ light irradiation 시스템 구축과 통합 환경 실험 시스템 구축 및 다중 환경에서의 실험을 통하여 실험환경을 구축하였다. 또한, in-situ ETEM의 약점인 상대적으로 분해능이 좋지 않은 부분을 보완할 수 있는 원자분해능에서의 영상분석과 성분분석이 사용가능한 in-situ 분석기술 확보, EELS 분광기를 통하여 반응물의 형성을 확인하기 위한 기초 연구 (CO₂ 흡착에 의한 결합에너지 변화 검출 및 해석을 위한 제일원리계산) 등을 진행하여, CO₂ 연료전환 메커니즘 해석 기반을 구축하였다. 아래는 목표대비 연구결과 이다.
- 광촉매 합성 및 나노복합체 안정성, 결정학적 변화 연구
CuOx/TiO₂ NTs, CdS(Bi₂S₃)/TiO2₂ 촉매 합성, 광학촉매 표면/단면 구조분석을 통해 defects, active site, edge terminate, adatoms을 원자분해능에서 동정하였고, Raman, EELS, HR(S)TEM을 이용한 미세구조를 분석하였다.
- Quantum chemistry에 의한 메케니즘 연구 (EELS 분석을 통한 실증)
제일원리계산 시스템구축 및 core/hole supercell를 이용한 EELS data 해석 기술 확보, TiO₂의 EELS 실험 및 계산 비교 평가 및 CO₂ gas의 EELS 실험데이터 확보함.
- 광조사 시스템 구축 및 In-situ Gas/Liquid TEM 분석
in-situ gas TEM 환경에서 사용 가능한 광(Light, RGB) 조사 시스템 구축하여 다중 환경에서의 실시간 분석기술을 확보함. 또한 CO₂/H₂ 환경에서 Cu 금속촉매의 변화, CO 가스양에 따른 촉매의 형상 변화 분석 및 Liquid cell TEM을 통한 액체(알콜)속 TiO₂ 형상, 성분 분석기술을 확보함.
- TEM 분석 시료 제작법 개발
FIB-Low energy 이온밀링 시편 제작 및 30 nm 균일 두께 제작 기술 확보함.

□ 연구개발결과의 중요성
온실가스인 CO₂의 자원화를 통하여 지구 환경 보호 및 에너지 확보에 기여할 수 있는 기술인 연료전환 메커니즘을 실시간 분석시스템을 통해서 연구하였고, 본 과제에서 개발된 다양한 환경에서의 실시간 분석기술은 나노소재분야 타 연구에도 쉽게 적용될 수는 있는 기반기술로 과학기술 발전에 기여될 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2-1. 1차년도 (2017년) 개발 목표 및 결과 (2017.6.1. ~ 2019.2.28.) ... 5
• 2-2. 2차년도 (2018년) 개발 목표 및 결과 (2018.3.1. ~ 2019.2.28.) ... 10
• 2-3. 3차년도 연구개발 계획(협약기간 : 2019.3.1. ~ 2020.5.31.) ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 19
• 4. 참고문헌 ... 20
• 5. 연구성과 ... 21
• 끝페이지 ... 21