초록 ▼

연구의 목적 및 내용
수소 에너지 저장 및 변환에 도움을 주는 전이금속산화물이 많은 연구자들의 주목을 받고 있다. 하지만, 전이금속산화물의 물성, 특히 전자구조와 표면에 있는 격자가 에너지변환이 일어나는 비평형 상태에서 어떠한 지에 대한 이해가 매우 부족하다. 본 연구는 전이금속산화물 중 La_n+1Ni_nO_3n+1 구조의 Ruddlesden-Popper (RP) 시리즈 박막을 에너지 변환의 모델 시스템으로 제안한다. RP시리즈 박막의 전자구조 제어를 시도함으로써 에너지

연구의 목적 및 내용
수소 에너지 저장 및 변환에 도움을 주는 전이금속산화물이 많은 연구자들의 주목을 받고 있다. 하지만, 전이금속산화물의 물성, 특히 전자구조와 표면에 있는 격자가 에너지변환이 일어나는 비평형 상태에서 어떠한 지에 대한 이해가 매우 부족하다. 본 연구는 전이금속산화물 중 La_n+1Ni_nO_3n+1 구조의 Ruddlesden-Popper (RP) 시리즈 박막을 에너지 변환의 모델 시스템으로 제안한다. RP시리즈 박막의 전자구조 제어를 시도함으로써 에너지 변환 프로세스에서 전자구조가 어떠한 역할을 하는지 이해하고자 하였다. 특히, 이를 위해 X-ray를 이용한 새로운 실험적 방법을 제시하고자 했다.
- 고품위 박막 RP-시리즈 (La_n+1Ni_nO_3n+1) 모델 시스템을 구현. n (1, 2, ∞)을 조절하여 전자구조 제어 시도
- 에너지 변환 등 비평형 상태(특히, 전기장 내)에서 격자, 전자구조의 변화를 볼 수 있는 X-ray 실험 방법 제시: Coherent Bragg Rod Analysis (COBRA), Resonant Inelastic X-ray Scattering (RIXS)

연구결과
본 연구는 에너지 변환 및 저장 시스템(촉매)용 전이금속산화물의 가능성을 탐색하기 위해 전이금속 산화물의 전자 구조와 촉매의 반응성 관계를 알 수 있는 모델 시스템을 연구하였다. La_n+1Ni_nO_3n+1 구조의 Ruddlesden-Popper (RP) 시리즈의 박막 시스템을 이용하여 격자, 전자구조와 에너지 변환 효율성, 안정성 등의 상관관계를 연구하였다.
- 펄스레이저 증착 장비 구축과 기본 블록 단위 (LaNiO₃ 박막) 증착
- 원자단위 제어를 통한 RP 시리즈 박막 증착: LaNiO₃, La₂Ni₁O₄, La₃Ni₂O₇ 증착
- 전이금속 산화물 박막의 에너지 변환 특성 평가 노하우 축적
- RP 박막의 전자구조와 에너지 변환 특성 관계 연구
- 비평형 상태에서 일어나는 물성 변화를 직접 관찰할 수 있는 새로운 X-ray 실험 방법 개발: COBRA, RIXS

연구결과의 활용계획
- 활용방안: 본 연구결과는 전이금속산화물이 에너지 변환 시스템에서 만나는 비평형 상태의 물리를 이해하는데 필요한 모델 시스템 및 조직적 접근법을 제시하고자 노력하였다. 촉매의 전자구조 엔지니어링을 가능하면 고효율의 에너지 시스템을 디자인할 수 있는 정보를 얻을 수 있는 첨단 X-ray 실험 방법을 더욱 개발하고 발전시킬 수 있다.
- 기대효과: 본 연구진은 박막과 X-ray 측정 및 분석 전문가로서 양성되며 차세대 에너지 및 산화물 소자 산업에서 중추적인 연구개발 인력으로 성장된다.
- 파급효과: 기존 촉매 분야에서 사용하는 접근법으로 해결하지 못하는 현상에 대한 중요 이해를 선도함으로써 국내 공동 연구단들의 공동 성장을 파급시킨다. 학문 발전 분야에서의 기여와 산업 발전, 연구 인력 양성에서도 좋은 영향을 끼치도록 노력한다.

(출처 : 요약문 3p)

Abstract ▼

Purpose&contents
To overcome the current limits of energy conversion and storage systems, many researchers have tried to control and understand the physical properties of transition metal oxides. However, the emergent properties of transition metal oxides under non-equilibrium conditions are poor

Purpose&contents
To overcome the current limits of energy conversion and storage systems, many researchers have tried to control and understand the physical properties of transition metal oxides. However, the emergent properties of transition metal oxides under non-equilibrium conditions are poorly understood. We propose Ruddlesden-Popper (RP) series, e.g., La_n+1Ni_nO_3n+1 films, as a model system to understand the detailed electronic structure and to control their energy activity.
- We make high-quality RP-films. We systematically investigate the electronic structure of RP-films with different n (1, 2, ∞) value.
- Especially, we study the ionic motion of transition metals and oxygens with applied large electric field and electrolyte (far from equilibrium condition).

Result
Here, we explore the possibility of transition metal oxides for the energy conversion and storage systems. To verify the relationship between the activity (or stability) of electrocatalysts and the electronic structure (or surface structure), we proposed and made the Ruddlesden-Popper (RP) series model system, e.g., La_n+1Ni_nO_3n+1 films. We systematically investigated the following research items.
- Construct a pulsed laser deposition system and deposit LaNiO₃ films as a basic unit of RP series
- Atomically controlled RP series films: LaNiO₃, La₂Ni₁O₄, La₃Ni₂O₇
- Characterize the activity and stability of transition metal oxides
- Investigate the relationship between the electronic structure and the activity
- Develop the experimental techniques based on X-ray to monitor the physical propertis of transition metal oxides under non-equilibrium conditions: Coherent Bragg Rod Analysis (COBRA) and Resonant Inelastic X-ray Scattering (RIXS).

Expected Contribution
- Our results can help understand the electronic structure and the surface crystal structure of transition metal oxides under non-equilibrium conditions, especially in energy conversion and storage process. We can develop new experimental techniques based on X-ray for understanding the detailed physical properties under the harsh conditions and for designing the better electrocatalysts.
- We can educate researchers who are not familiar with the advanced X-ray techniques and develop X-ray techniques for the community.
- We propose a new experimental approach and provide an impact to overcome the obstacles of current technologies.

(source : SUMMARY 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구계획 요약문 ... 2
• 연구결과 요약문 ... 3
• 한글요약문 ... 3
• SUMMARY ... 4
• 목차 ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 3. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 18
• 4. 연구결과의 활용계획 ... 21
• 5. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 23
• 6. 참고문헌 ... 23
• 7. 연구성과 ... 24
• 8. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 25
• 9. 기타사항 ... 25
• 별첨1. 대 표 연 구 성 과 ... 26
• 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 36
• 끝페이지 ... 39