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연구개요
본 연구과제에서는 포토리소그래피(photolithography) 등의 나노기술을 활용한 전극 패터닝 기술, 수직배향된 다양한 형태의 나노구조 성장 기술 그리고 저차원 활성촉매 담지 기술을 활용하여 기존 전극촉매 구조의 한계를 뛰어넘는 신개념의 나노융합구조 촉매 플랫폼 설계 기술을 개발하고, 이를 에너지 소자에 적용하여 고성능화를 구현하는 것을 목표로 한다. 이 최종 목표에 도달하기 위한 세부 목표로,
⦁금속 seed layer 패턴설계 및 제작
⦁다양한 형태의 수직배향 나노구조 어레이 구현
⦁규칙적 배

연구개요
본 연구과제에서는 포토리소그래피(photolithography) 등의 나노기술을 활용한 전극 패터닝 기술, 수직배향된 다양한 형태의 나노구조 성장 기술 그리고 저차원 활성촉매 담지 기술을 활용하여 기존 전극촉매 구조의 한계를 뛰어넘는 신개념의 나노융합구조 촉매 플랫폼 설계 기술을 개발하고, 이를 에너지 소자에 적용하여 고성능화를 구현하는 것을 목표로 한다. 이 최종 목표에 도달하기 위한 세부 목표로,
⦁금속 seed layer 패턴설계 및 제작
⦁다양한 형태의 수직배향 나노구조 어레이 구현
⦁규칙적 배열 융합구조 촉매 플랫폼 개발
⦁에너지·환경분야 차세대 전기화학촉매 적용에 대한 연구를 수행하였다.

연구 목표대비 연구결과
연료전지 및 에너지 저장 소자에서 빠른 전하전달 및 효율적인 물질전달을 만족하는 이상적인 전극촉매의 확립 및 촉매성능 효율을 향상시키기 위하여, 본 연구에서는 다양한 나노융합구조를 갖는 전극촉매를 효과적으로 합성 및 제어하여 고성능 에너지 소자 구현 및 제작에 필요한 핵심기술을 확보하고자 하였다.
⦁금속 seed layer 패턴설계 및 제작: 나노기술을 활용한 포토리소그래피 또는 간편한 프린팅 기술을 적용하여 수직배향 나노구조 성장을 위한 금속촉매 박막 패턴을 형성할 수 있음을 확인하였다. 이 과정에서 사용되는 마스크 형태(크기, 모양, 간격 등)의 효과적인 설계를 통해 형성되는 seed layer의 배열을 디자인하고 제어하는 연구를 수행하였다.
⦁다양한 형태의 수직배향 나노구조 어레이 구현: 패턴배열된 금속 seed layer위에 수직배향 나노구조를 성장시킴으로써 효과적 물질전달 유로(채널)을 설계 및 형성하였으며, 나아가 다양한 합성기술을 활용하여 코어-쉘(core-shell), 나뭇가지 (branch) 형태의 나노구조 성장 기술을 확보하였다.
⦁신개념의 나노융합구조 촉매 플랫폼 개발: 다양한 형태로 패턴화된 배열로 제조된 수직배향 나노구조 어레이 구조체를 기반으로 0차원 나노입자 및 1차원 나노선 등의 저차원구조와 이를 융합화한 다차원 형태의 활성촉매가 도입된 새로운 개념의 규칙적 배열 융합구조 촉매 플랫폼 제조 기술을 확보하였다.
⦁고성능의 저온형 연료전지 전극반응 적용 및 성능 최적화, 그리고 에너지 소자로의 응용: 반응 활성면적, 물질전달 및 전하이동이 획기적으로 향상된 이상적인 물질·구조를 구현하기 위해 앞서 언급한 기술들을 활용 및 응용하여 차세대 전기화학 촉매를 제조하였고, 이에 대한 물리화학적, 전기화학적 특성 또한 심도있게 연구하여, 연료전지 및 에너지 소자로의 적용 가능성에 대해 알아보았다.

연구개발결과의 중요성
나노기술의 발전으로 인해 전기화학촉매 분야에 다양한 나노구조를 활용한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이에 따라 상당한 수준의 성능향상이 이뤄졌다. 하지만, 성능향상의 한계가 관찰되는 현 시점에서 매우 복잡한 전기화학촉매 반응에 대한 이해를 바탕으로 성능향상에 영향을 미치는 다양한 요소를 통합적으로 고려한 본 과제의 융합구조 촉매 플랫폼 개발연구는 기존의 단순한 나노구조의 혼용을 넘어서 새로운 개념의 전극촉매 구조에 대한 가능성을 제시하고 있다는 측면에서 그 중요성이 대단히 크다. 또한 전극소재 분야 신개념 촉매 플랫폼 도입 통한 관련 분야 선도적 기술선점이 가능할 뿐만 아니라 제조 관련 기술에 관한 원천기술을 확보 가능할 것으로 기대되며, 미세 나노구조 제어 및 전극소재 개발 관련 전문인력 양성 측면에서도 그 중요성이 있다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 1) 포토리소그래피 나노기술을 이용한 seed layer 패턴 형성 및 제어 ... 5
• 2) 규칙적 배열의 수직배향 나노구조체 성장 기술 확립 ... 6
• 3) 수직배향 나노구조 응용범위 확대를 위한 기판, 성분 등의 다양화 연구 ... 7
• 4) 다양한 형태의 수직배향 나노구조체 구현을 통한 소재 물성 향상 연구 ... 8
• 5) 저차원 나노입자 활성촉매의 담지 연구 및 융합구조 촉매 플랫폼 구현 ... 10
• 6) 규칙적 배열 융합구조 촉매 플랫폼 최적화 및 촉매 전극으로의 적용 ... 11
• 7) 나노융합구조 촉매 플랫폼의 전기화학 전극촉매 반응 적용 및 고성능 달성 ... 12
• 8) 나노융합구조 촉매 플랫폼의 에너지소자 응용범위 확대 ... 13
• 9) 다차원 나노구조 촉매 플랫폼 ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 28
• 끝페이지 ... 43