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Kafe 바로가기주관연구기관 | 울산과학기술원 Ulsan National Institute of Science and Technology |
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연구책임자 | 김광수 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2020-08 |
과제시작연도 | 2020 |
주관부처 | 과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 | TRKO202100014739 |
과제고유번호 | 1711112943 |
사업명 | 개인기초연구(과기정통부)(R&D) |
DB 구축일자 | 2021-10-02 |
키워드 | 페로브스카이트.태양전지.양자전자수송.연료전지.그린화학.물분해.발광다이오드.촉매.그래핀소자.Perovskites.Solar Cells.Quantum Transport.Fuel Cells.Green Chemistry.Water splitting.LED.Catalysts.Graphene Devices. |
□ 연구목표_국문
■ 나노화학분야의 확장 및 새로운 영역 개척 :
– 특이 양자현상 규명을 위한 이론적 방법 개발.
– 연구 영역의 경계를 확장한 나노전자/기계소자 개발.
■ 새로운 기능의 나노물질과 나노소자를 설계, 합성, 개발 :
– 나노 구조를 이용한 기능성 소재와 소자 개발.
– 강상관계를 이용한 기능성 소재와 소자 설계.
– 나노-바이오 소자의 설계 및 개발.
– 환경친화적 소재 및 화학반응 촉매의 개발.
□ 연구개발내용
■ 특이 양자현상 규
□ 연구목표_국문
■ 나노화학분야의 확장 및 새로운 영역 개척 :
– 특이 양자현상 규명을 위한 이론적 방법 개발.
– 연구 영역의 경계를 확장한 나노전자/기계소자 개발.
■ 새로운 기능의 나노물질과 나노소자를 설계, 합성, 개발 :
– 나노 구조를 이용한 기능성 소재와 소자 개발.
– 강상관계를 이용한 기능성 소재와 소자 설계.
– 나노-바이오 소자의 설계 및 개발.
– 환경친화적 소재 및 화학반응 촉매의 개발.
□ 연구개발내용
■ 특이 양자현상 규명을 위한 이론적 방법 개발 :
– 강상관계를 이용한 신소재 개발을 위해 DMFT+NEGF 패키지 등 개발.
■ 연구 영역의 경계를 확장한 나노전자/기계소자 개발 :
– 분자스핀트로닉스 연구를 통해 나노전자/기계소자 개발..
■ 나노 구조를 이용한 기능성 소재와 소자 :
– 금속-유기물 골격을 이용하여 기능성 소재/소자 개발.
■ 강상관계를 이용한 기능성 소재와 소자 설계/개발 :
– 저차원 전이금속 전자수송 및 스핀필터 연구.
■ 나노-바이오 소자의 설계 및 개발 :
– 그래핀을 이용한 나노-바이오 소재/소자 개발.
■ 환경친화적 소재 및 화학반응 촉매의 개발 :
– 효율적 물 분해, 수소저장 촉매 설계/개발.
□ 연구개발 성과
■ 고성능의 수소발생 활성화를 보이는 극미량 Pt를 사용한 전극촉매 (Nature Energy 2018)
– 상업용Pt/C에 비해 1/80의 Pt 사용으로 100배의 수소생성 활성도를 보이는 전극 촉매를 개발하였고 양자계산을 사용하여 Pt 단원자와 나노 클러스터 간의 시너지 효과를 규명함으로써 수소 발생 반응의 새로운 메커니즘을 규명.
■ 효모 바이오매스로 뛰어난 수소/산소 발생 반응 촉매 개발 (Nature Sustainabilty 2020)
– 폐 바이오매스로부터 유래된, 하나 이상의 헤테로 원자로 도핑된 탄소 지지체; 및 상기 헤테로 원자로 도핑된 탄소 지지체 상에 담지된 금속 함유 물질을 포함하는, 하이브리드 촉매를 제조하고 우수한 수소/산소 발생 반응 촉매 활성을 가지는 물질을 개발
■ 그래핀을 이용한 DNA 초고속 염기서열 분석 연구 (Nature Nanotechnology 2011)
– 그래핀 나노리본을 이용해 염기의 구조를 잡아 2차원 데이터 처리 방법을 통해서 각 시간대 별로 염기 신호를 추출할 수 있음을 이론적으로 계산.
■ 물 전기분해를 위한 뛰어난 성능의 산소전극 개발 (Energy & Environmental Science 2020)
– 연구에서 알칼리성 물 전기분해에 뛰어나고 내구성이(> 1000h) 좋은 양극으로 Ni과 Fe의 MOF에 그래핀 nanoplatelets 개발. 70℃, 1.85V에서 540mAcm-2의 전류밀도를 보이며 이는 현재 상업용으로 사용되는 Pt/C와 IrO₂보다 뛰어난 결과.
■ 그래핀 및 산화그래핀의 기능적 활용에 대한 논의 (Chemical Reviews 2012)
– 기존의 비공유결합을 이용한 그래핀 및 산화그래핀의 작용기화에 대한 연구를 분석하고, 에너지 및 생의학 분야에 대한 활용성을 제시.
□ 활용 계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함)
■ 응용 및 활용분야:
– 분자전자소재 및 소자, 분자 감지 및 분석 기술, 수소발생/산소발생 촉매 개발, 차세대 태양 에너지 물질 및 소자, 물 추출 및 정화 장치, 에너지 저장 및 배터리 장치.
■ 경제적 파급효과:
– 분자전자소재/소자에 대한 원천기술 확보, 에너지 물질/소자 핵심기술 개발, 페로브스카이트 물질에 대한 원천기술 확보, 분자 검출기술 확보를 통한 의학 분야 기여, 극한조건에서의 생수 확보, 친환경 소재의 개발.
(출처 : 연구결과 요약문 3p)
□ Purpose
■ Design, synthesis, development of new nanomaterials and nanodevices:
– Design and development of nanostructured devices and materials
– Design and development of nano-bio devices
– Design of functional materials and devices using strongly correlated systems
– Desig
□ Purpose
■ Design, synthesis, development of new nanomaterials and nanodevices:
– Design and development of nanostructured devices and materials
– Design and development of nano-bio devices
– Design of functional materials and devices using strongly correlated systems
– Design and development of catalysts involved in green chemistry
□ Contents
– Development of high performance catalysts for energy devices (hydrogen fuels, fuel cell, Li battery)
– Development of quantum dots for light emitting diodes.
– Enhancement of solar cell performance of perovskites.
– Molecular spintronics, Nonequilibrium transport phenomena
– Study of materials including water and 2D materials
– Development of eco-friendly catalysts
□ Developement results
■ Ultralow Pt-loaded electrocatalyst for high H2 evolution activity (Nature Energy 2018)
– Developed electrocatalysts showing 100 times hydrogen-production activity with only 1/80 times Pt-loading compared with commercial Pt/C. Elucidated the synergistic effect between single atoms and nanoparticles of Pt at the N-doped graphene cathode. These findings revealed a new perspective on the hydrogen evolution reactions. (cited 90 times)
■ Multi-heteroatom-doped carbon from waste-yeast biomass for sustained water spiotting (Nature Sutainability 2020)
– Multi-heteroatoms (N, S and P) doped carbon (MHC) catalysts from the waste-biomass are emphasized as highly eco-friendly and the RuSAs+RuNPs@MHC catalyst outperforms the state‐of‐the‐art commercial Pt/C catalyst for hydrogen-evolution-reaction (HER) in terms of overpotential, exchange current-density, Tafel-slope and durability.
■ Fast DNA sequencing with a graphene-based nanochannel device (Nature Nanotechnology 2011)
– Demonstrated theoretically the feasibility of DNA sequencing using a fluidic nanochannel functionalized with a graphene nanoribbon. Allowed the different nucleobases to be distinguished using a data-mining technique and a two-dimensional transient autocorrelation anlysis. (cited 300 times)
■ Graphene—Nanoplatelets Supported NiFe-MOF for Oxygen Electrodes (Energy & Environmental Science 2020
– Report graphene-nanoplatelets supported (Ni,Fe)metal-organic framework (MOF) as a superior and ultra-durable (>1,000h) anode for alkaline water electrolysis. In alkaline anion exchange membrane water electrolyzer, it exhibits a record current density of 540 mAcm-2 at 1.85V at 70℃, outperforming the state-of-the-art Pt/C//IrO2.
■ Functionalization of Graphene: Covalent and noncovalent approaches, derivatives and applications (Chemical Reviews 2012)
– Review on covalent/noncovalent functionalization of graphene and graphene oxide for energy materials and biomedical application. (cited 2,200 times)
□ Expected Contribution
Novel materials and devices open a new phase in the history of mankind. Graphene and other 2-D materials have contributed to new devices with unusual properties. Solar cells and light emitting diodes based on perovskites are being developed for large scale, low cost, efficient energy sources. Single atom based electrocatalysts are developed for water splitting, N2 fixation, and reduction of CO2 emission as well as fuel cells, battery, and light harvesting, which will benefit all of the organisms living on the Earth. As such, they eventually have enormous impact on the lifestyle of the mankind.
(출처 : SUMMARY 4p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
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연구목표(Goal) : | - |
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