초록 ▼

연구개요
○ 본 연구는 환경오염의 주범이 되고 있는 CO₂를 연료로 환원시킬 수 있는 신조성 고효율 광촉매를 개발함으로써 차세대 친환경 신재생에너지원을 개발하는데 그 연구목적이 있음. 이를 위해 기존 광촉매의 한계를 획기적으로 극복할 수 있는 방법으로 제일원리와 분자동역학 계산기법 및 고속대량 스크리닝 기법을 활용한 새로운 광촉매의 개발을 제안함.
-광촉매 대표 물질 선별: 문헌조사를 통하여 광촉매 반응특성을 연구할 대표 물질 선별함
-광촉매 반응 주요 인자 선별: 선별된 광촉매의 촉매반응과 관계

연구개요
○ 본 연구는 환경오염의 주범이 되고 있는 CO₂를 연료로 환원시킬 수 있는 신조성 고효율 광촉매를 개발함으로써 차세대 친환경 신재생에너지원을 개발하는데 그 연구목적이 있음. 이를 위해 기존 광촉매의 한계를 획기적으로 극복할 수 있는 방법으로 제일원리와 분자동역학 계산기법 및 고속대량 스크리닝 기법을 활용한 새로운 광촉매의 개발을 제안함.
-광촉매 대표 물질 선별: 문헌조사를 통하여 광촉매 반응특성을 연구할 대표 물질 선별함
-광촉매 반응 주요 인자 선별: 선별된 광촉매의 촉매반응과 관계된 다양한 물리, 화학적 반응 메커니즘을 전자의 거동을 분석하는 제일 원리 계산을 통해 이해함으로써 광촉매 반응에 중요한 주요 인자들을 선별함.
-광촉매 반응 예측: 분자 동역학 계산 기법을 이용하여 여러 조건 하에 촉매 반응의 진행과정이 변화해가는 것을 원자 단위에서 확인 하고 예측함.
-후보군 선별: 다양한 조성의 신물질들의 특성을 제일 원리 계산을 이용해 예측함으로써 광촉매 반응에 중요한 주요인자를 고루 갖춘 물질을 고속 대량 스크리닝 기법을 바탕으로 선별함.
-광촉매의 물성 측정: 제일원리 계산기법을 이용하여 광촉매 후보군의 물성변화를 예측함으로서 광촉매 특성을 최적화 할 수 있는 조건들을 선별함. 광촉매 후보군의 물성은 결함과 배위수의 변화 양자 감금, 열역학적 안정성 동역학적 변환성 등 다양한 가능성을 고려함.
-열역학 조건에 따른 물성 변화를 예측함으로써 광촉매의 특성을 최적화 시킴

연구 목표대비 연구결과
○ 문헌조사를 통하여 이미 존재하는 광촉매 중 대표물질을 선별
○ 표면구조와 촉매반응을 설계하여 제일원리 기법을 이용한 원자 단위 광촉매 반응 분석
○ 제일원리 계산을 위한 표면구조를 설계 후 제일원리 및 분자동역학 계산을 통해 촉매 구조의 물성 및 촉매반응 예측
○ CO2의 연료전환 반응에 결정적 영향을 미치는 촉매 변환과정의 메카니즘, 촉매사이트의 규명
○ 고속대량 스크리닝을 진행하여 고효율 광촉매 후보군 선별
○ 신조성 광촉매 후보군의 물성 평가 및 열역학, 동역학적 안정성 예측
○ 광촉매 반응에 있어서 중요한 촉매 사이트 및 촉매 표면의 특성 이해

연구개발결과의 중요성
○ 이 연구를 통해서 이해된 광촉매 표면에서 CO2 전환반응의 특성은 새로운 광촉매 소재를 개발함에 있어 초석으로 사용될 수 있음
○ 광촉매의 개발에 성공할 경우 신재생 에너지 산업, 신조성 원천소재, 친환경대체 에너지, 태양광 연료, 태양전지, 연료전지 , 광소자/부품 등에 활용가능
○ 획득된 제일원리 기반 소재들의 물성 분석 방식은 다양한 분야에서 새로운 기능성 소재를 디자인 하는데 있어 중요한 분석 방법으로 활용될 예정임.
○ 성공적인 광촉매의 개발은 광촉매에 대한 원천 소재 기술을 획득함으로서 에너지 수입 의존도를 감소시카고 CO2의 연료로의 활용 분야에 적용 가능함.
○ 제일원리 기반 물성분석 및 촉매 사이트의 예측 그리고 이를 활용한 신소재의 디자인은 새로운 재료 디자인의 패러다임으로 활용될 예정임.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 1-1. 광촉매 반응과 관련된 표면구조 및 촉매반응 설계 ... 4
• 1-2. 원자단위에서 CO2의 연료전환 반응을 분석 ... 6
• 1-3. 신조성 신구조 물질 선별 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 12
• 4. 참고문헌 ... 13
• 5. 연구성과 ... 14
• 대표적 연구실적 ... 15
• 끝페이지 ... 25