초록 ▼

□ 연구개요
화학, 에너지 및 환경 등의 분야에서 이용되는 H₂O₂의 기존 생산방법은 여러 단계를 거치며 고압의 수소, 귀금속 촉매 및 유기용매를 사용하는 공정으로 생산단가가 높으며 환경 친화적이지 않다. 본 연구팀은 태양광에너지를 이용하여 친환경적으로, 경제적으로, 그리고 안전하게 생산할 수 있는 새로운 그린 촉매 및 광전극 소재와 반응시스템을 개발하고자 한다. 태양광 전환의 기반 소재로서 반도체(산화물/비산화물) 나노입자와 나노-구조화된 반도체 광전극을 개발하고 이들을 다양한 나노소재

□ 연구개요
화학, 에너지 및 환경 등의 분야에서 이용되는 H₂O₂의 기존 생산방법은 여러 단계를 거치며 고압의 수소, 귀금속 촉매 및 유기용매를 사용하는 공정으로 생산단가가 높으며 환경 친화적이지 않다. 본 연구팀은 태양광에너지를 이용하여 친환경적으로, 경제적으로, 그리고 안전하게 생산할 수 있는 새로운 그린 촉매 및 광전극 소재와 반응시스템을 개발하고자 한다. 태양광 전환의 기반 소재로서 반도체(산화물/비산화물) 나노입자와 나노-구조화된 반도체 광전극을 개발하고 이들을 다양한 나노소재와 융합하여 광전환 효율과 내구성을 극대화시켜, 궁극적으로 H₂O₂의 새로운 공업적 생산기술개발을 위한 기초를 제공하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) H₂O₂ 생산용 새로운 나노융합촉매, 새로운 조촉매 합성 및 전극제작
∎ 전하분리 향상 촉매 합성: polymer (e.g. carbon nitride, boron nitride, CNOP)의 개질 및 합성을 통한 전하 분리 효율 향상 극대화 및 합성한 촉매의 전극화 시도.
∎ 귀금속류 대체하기 위한 조촉매 개발: Carbon nitride polymer 구조 안 KOH 및 KCl 동시 포함하는 촉매 합성을 통해 귀금속류 조촉매 사용 없이 H₂O₂ 생산 양자효율 (Quantum efficiency at 320~420nm) 100%이상을 보이는 성과 달성.
∎ 광전기화학 반응을 위한 전극 개발: WO₃, Mo-BiVO₄와 graphite, CP/AQ 등의 산화, 환원전극개발을 통해 물산화 및 산소환원 반응로부터 과산화수소 생성.
(2) 합성 촉매의 안정성 평가 및 과수생산 반응 선택성 향상을 위한 메커니즘 연구
∎ 합성한 촉매의 안정성 평가: WO₃ 표면 passivation 및 Mo-BiVO₄ 표면 phosphate 처리를 통한 전극 내구성 향상 촉매 합성.
∎ 과수 생성 반응 선택성 증진: Anthraquinone(AQ)와 CNT를 graphite에 loading하는 기술 개발 및 산소환원반응을 통한 과산화수소 생성반응 선택성 100% 달성.
(3) 과수 생산 효율, 내구성 극대화 및 친환경적, 경제적 H₂O₂ 생산 시스템 개발
∎ Phosphate가 코팅된 Mo-BiVO₄와 AQ/CNT가 고정된 graphite 전극을 이용하여 외부 인가전압 없이 장시간 실험에도 안정성을 보이는 과수생성 시스템 개발.
∎ 알칼리화 및 칼륨 도핑 카본나이트라이드 (AKCN)을 이용한 생체 모방한 포도당 검출 나노 효소 시스템 개발.
∎ WO₃/TaON 및 Graphite 전극을 이용한 산소환원으로부터 생성된 과수의 오염물질 분해 응용 시스템 개발.
(4) 성과 목표
: 국외논문게재 총 15편 및 특허 출원 3건의 성과 도출.

□ 연구개발결과의 중요성
∎ 기존의 H₂O₂ 생산 기술을 대체하는 H₂O₂ 생산용 태양광전환 반도체 소재 개발의 원천 기술 확보함으로써 새로운 고부가 가치의 시장 창출 가능.
∎ 태양광을 이용하는 차세대 H₂O₂ 생산 기술의 상용화를 위한 기초기술 확보, 나아가 국가 핵심 기술로 발전할 수 있음.
∎ 태양광전환 융합 반도체에 대한 핵심 기술 및 특허 확보를 통한 국제 경쟁력 강화.
∎ 태양광 이용기술 분야의 전문 인력 양성.
∎ 국내⦁외 관련 연구팀들과의 긴밀한 협력체계 확립을 통한 관련 분야의 연구 활성화.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구개발의 필요성 ... 4
• 나. 국내·외 연구동향 ... 4
• 다. 연구개발의 최종 목표 ... 5
• 라. 연구 범위 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 가. 1차년도 연구개발 세부 결과 (2017.03~2018.02) ... 6
• 나. 2차년도 연구개발 세부 결과 (2018.03~2019.02) ... 8
• 다. 3차년도 연구개발 세부 결과 (2019.03~2020.02) ... 11
• 라. 연구개발목표의 달성도 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 15
• 가. 본 연구결과의 차별성 ... 15
• 나. 연구개발의 기술·경제·사회적 중요성 ... 15
• 다. 관련분야 기술발전에의 기여도 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 17
• 대표적 연구실적 ... 21
• 끝페이지 ... 34