초록 ▼

□ 연구개요
- 그래핀을 대체할 수 있는 높은 전도성과 다양한 기능성을 갖는 무기 금속화합물 나노시트와 이들과 다양한 유기/무기/그래핀을 포함하는 에너지 기능성 촉매 활성을 갖는 혼성체 합성법 개발.
1. 다양한 조성을 갖는 고전도성 금속산화물, 금속 탄화물, 금속칼코겐화물 무기 나노시트 개발 및 그래핀과 혼성효과 연구.
2. 격자결함/표면촉매활성점 도입 또는 칼코겐치환된 고촉매활성 무기나노시트합성.
3. 광촉매 및 전기화학 촉매 활성, 기판효과 등 다기능성을 갖는 전도성 무기 나노시트 적층체 및 그래핀이 첨가

□ 연구개요
- 그래핀을 대체할 수 있는 높은 전도성과 다양한 기능성을 갖는 무기 금속화합물 나노시트와 이들과 다양한 유기/무기/그래핀을 포함하는 에너지 기능성 촉매 활성을 갖는 혼성체 합성법 개발.
1. 다양한 조성을 갖는 고전도성 금속산화물, 금속 탄화물, 금속칼코겐화물 무기 나노시트 개발 및 그래핀과 혼성효과 연구.
2. 격자결함/표면촉매활성점 도입 또는 칼코겐치환된 고촉매활성 무기나노시트합성.
3. 광촉매 및 전기화학 촉매 활성, 기판효과 등 다기능성을 갖는 전도성 무기 나노시트 적층체 및 그래핀이 첨가된 무기나노시트 기반 다공성 나노혼성체 개발.
4. 우수한 촉매 기능성 및 향상된 안정성을 갖는 다공성 유기화합물 (MOF, COF)-무기시트 및 그래핀 기반 나노혼성체 개발.
5. 화학결합세기 제어, 결정상전이, SPR 제어, 그래핀 첨가, 메커니즘 연구를 통한 2차원 무기 나노시트 기반 나노혼성체의 에너지 촉매 기능성 최적화 기술 개발.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 높은 전기전도성과 높은 촉매활성을 갖는 비그래핀계 2차원 무기 금속화합물 나노시트의 합성법 개발
- 박리화 방법을 통해 RuO₂, MoS₂, MnO₂, MXene, titanate, Ni-Fe-LDH, Zn-Cr-LDH, g-C₃N₄, 나노시트 등 다양한 비그래핀계 2차원 무기나노시트 10종 이상 합성.
- 열처리 방법과 수용액상 합성법을 이용해 holey Mn₂O₃, holey Mn₃O₄, MnO₂ 등 다수의 무기 나노시트 합성.
- 불포화 배위결합을 갖는 ZBS 나노시트 합성.
2. 전도성 2차원 무기 나노시트와 다양한 무기-유기 촉매화합물간 혼성화를 통한 고성능 나노혼성 촉매소재 합성법 개발
- 다양한 2차원 무기나노시트를 기반으로 우수한 촉매활성을 갖는 MoS₂-MnO₂, LDH-MoS₂, g-C₃N₄-LDH, MXene-MnO₂, LDH/RuO₂, g-C₃N₄-MoS₂ 등 다수의 헤테로구조 나노시트 혼성체 합성.
- 2차원 무기-유기 하이브리드 COF-MnO₂, MOF-LDH 합성법 개발 및 촉매/에너지 기능성 확인.
3. 화학결합 제어, 결정상 전이, SPR 제어, 메커니즘 연구를 통한 2차원 무기 나노시트 기반 혼성체의 에너지촉매 기능성 최적화 기술 개발
- 화학치환 기법을 이용하여 무기 금속화합물 나노시트의 금속-리간드 결합세기와 전자밀도를 조절함으로써 iodate 고정화된 MnO₂ 나노시트, Fe-doped CoO₂ 나노시트, 등 다수의 전기화학촉매 물질 개발.
- 열환원 및 치환 방법을 이용하여 SPR이 제어된 holey TiN 나노시트를 개발하고 이를 기반으로 우수한 광촉매성능을 가지는 혼성체를 개발.
- 다양한 분광분석법 및 이론 계산을 통하여 다수의 무기나노시트 기반 혼성체의 에너지촉매 향상 메커니즘을 탐색하고 광촉매/전기화학촉매 기능성 최적화방법 제시.

□ 연구개발결과의 중요성
- 본 연구에서 주로 개발하는 비그래핀계 고전도성 무기 금속화합물 2차원 나노시트 소재 기반 혼성체 합성 연구를 통해 효과적으로 에너지를 생산할 수 있는 새로운 전도성 무기나노시트기반 소재 개발을 통해 기존 물질설계의 범위를 현저히 확장시킬수 있어 다수의 후속 연구를 유도할 수 있음.
- 본 연구를 통해 확립된 전도성 무기 나노시트 및 이를 이용한 혼성화 기술은 새로운 개념의 다기능성 혼성소재의 개발기법을 제공하므로 이전에 시도된 바 없는 다양한 혼성화 방법으로 합성한 혼성체는 본 연구의 목표인 에너지생산용 촉매 개발 이외에도 이차전지 및 슈퍼캐패시터용 전극, 전자소자소재, 나노바이오 소재의 개발에 활용할 수 있어 후속연구유도와 산업재산권 확보가 가능할 것으로 예상됨.
- 새로운 고전도성 고촉매활성 2차원 무기 나노시트 및 나노혼성체를 이용한 고효율 에너지생산용 촉매 합성기술에 대한 산업재산권 확보를 통해 청정에너지 생산 관련 원천기술을 확보할 수 있을 것으로 판단됨. 또한 얻어진 2차원 나노시트 기반 융합촉매소재 제조 기술을 국내 관련업체로 이전함으로써 국내 소재 기업의 원천 기술 확보에 기여할 수 있음.
- 비그래핀계 무기나노시트 및 이들의 나노혼성체 합성과 이들의 에너지촉매 응용에 뛰어난 연구능력을 갖는 연구인력 배출을 통한 관련분야 국가경쟁력 강화.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• (1) 1차년도(2017) ... 5
• (2) 2차년도(2018) ... 8
• (3) 3차년도 (2019) ... 10
• (4) 4차년도(2020) ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 45
• 끝페이지 ... 60