초록 ▼

□연구개요
강한 금속-담체 상호 작용(Strong Metal-Support Interaction, SMSI) 효과를 전극 촉매에 적용할 수 있는 방법으로서 다공성 탄소 담체 표면을 금속 산화물로 코팅하는 방법을 개발하고, 그 위에 귀금속의 나노 입자를 담지하는 촉매의 설계 원리를 제시하고, 이를 구현하는 방법에 관한 연구를 수행하였음. 이 원리 구현을 위해 가장 핵심이 되는 얇고 균일한 금속 산화물 박막을 합성하는 방법을 개발하여 활용하였음.

□연구 목표대비 연구결과
1. 초음파 반응법을 이용하여 불규칙한 탄

□연구개요
강한 금속-담체 상호 작용(Strong Metal-Support Interaction, SMSI) 효과를 전극 촉매에 적용할 수 있는 방법으로서 다공성 탄소 담체 표면을 금속 산화물로 코팅하는 방법을 개발하고, 그 위에 귀금속의 나노 입자를 담지하는 촉매의 설계 원리를 제시하고, 이를 구현하는 방법에 관한 연구를 수행하였음. 이 원리 구현을 위해 가장 핵심이 되는 얇고 균일한 금속 산화물 박막을 합성하는 방법을 개발하여 활용하였음.

□연구 목표대비 연구결과
1. 초음파 반응법을 이용하여 불규칙한 탄소의 표면 위에 균일한 금속 산화물 박막을 형성하는 방법을 개발하여, 여러 가지 금속에 적용하였음. 초음파 반응의 여러 변수를 조절하여 각 금속 산화물에 대해 최적의 합성 조건을 확립하였음.
2. 여러 금속 산화물로 코팅한 탄소 물질 중 선별된 NiO/C, CeO₂/C, TiO₂/C를 담체로 사용하여 그 위에 Pd 또는 Pt 등 귀금속 나노 입자를 담지하여 촉매를 합성하고, 이들의 전기화학 촉매로서의 특성은 조사하였음. 합성된 촉매는 모두 탄소 담체 위에 귀금속 나노 입자를 담지한 일반적인 촉매에 비해 월등한 성능을 보이는 것으로 나타나서, 본 연구에서 제시하는 새로운 촉매 설계 원리가 잘 작동하는 것을 확인하였음.
3. 탄소의 표면에 균일하면서 얇을 금속 산화물을 합성하는 방법을 연구하여, SMSI 효과를 극대화하면서 동시에 저항으로 인한 손실을 극소화 할 수 있는 금속 산화물/탄소 담체의 합성 원리를 확립하고, 이를 활용하여 담지된 귀금속 나노 입자 촉매의 활성을 향상시킬 수 있었음.
4. 합성된 각 촉매에 대한 XPS, TEM 등의 심층적인 분석을 통하여 SMSI 효과가 나타나고 있음을 실험적으로 확립하였음. 통상적으로 SMSI 효과를 보기 위해 사용되는 금속 산화물보다 훨씬 적은 양을 사용하여도 이 효과를 볼 수 있는 것도 확인하였음.

□연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
SMSI 효과를 전기화학 촉매에서 구현하고자 하는 시도는 오래전부터 있었으나, 이를 보다 광범위하게 적용할 수 있는 방법에 관한 연구는 큰 진전을 보지 못하고 있었다. 이러한 이유 중에는 전도성, 다공성, 화학적 안정성을 동시에 갖춘 금속 산화물의 제조가 어렵다는 문제가 있다. 본 연구의 결과로 얻은 여러 금속 산화물/탄소 담체는 전도성과 다공성은 탄소 담체의 특성으로 화학적 안정성과 SMSI 효과는 금속산화물로 구현할 수 있으므로, 기존의 문제를 모두 해결 또는 우회하는 방법이 확보되었다고 평가한다. 또한 본 연구에서 개발한 금속 산화물 코팅 방법은 손쉽고 저렴하게 대용량화 할 수 있으며, 다양한 표면에 매우 양질의 코팅을 할 수 있기 때문에 전기화학 촉매 이외의 분야에서도 널리 활용될 수 있을 것으로 예상한다.

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2-1. 금속 산화물로 코팅된 탄소 담체의 합성 및 분석 연구 ... 5
• 2-2. 금속 산화물로 코팅된 탄소 담체를 활용한 귀금속 촉매의 합성 및 특성 연구 ... 8
• 2-3. 본 연구에서 파생된 새로운 연구 주제 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 13
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 16
• 끝페이지 ... 23