초록 ▼

연구개요
페라이트 흡착제들은, 흡착용량이 흡착 표면 하전에 의하여 제한되고, 여러 번 사용후에 유해한 2차 오염물질 발생 등의 단점을 지닌다. 이를 해결하기 위한 방안으로, 흡착 표면 하전을 증가시키기 위하여 페라이트 스피넬 구조의 사면체 위치에 양이온 성분을 제어하되 표면 하전 증가시켜서 흡착용량을 증대시키고 또한 크게 개선된 재생가능 페라이트들을 개발하는 것이 필요하다. 이를 위하여 표면 전하를 방지하고 흡착 용량을 증대시키기 위해 페라이트 흡착 메커니즘을 조정하는 방법 및 독성 페라이트@dye 폐기물 생성과 관련된 문제에

연구개요
페라이트 흡착제들은, 흡착용량이 흡착 표면 하전에 의하여 제한되고, 여러 번 사용후에 유해한 2차 오염물질 발생 등의 단점을 지닌다. 이를 해결하기 위한 방안으로, 흡착 표면 하전을 증가시키기 위하여 페라이트 스피넬 구조의 사면체 위치에 양이온 성분을 제어하되 표면 하전 증가시켜서 흡착용량을 증대시키고 또한 크게 개선된 재생가능 페라이트들을 개발하는 것이 필요하다. 이를 위하여 표면 전하를 방지하고 흡착 용량을 증대시키기 위해 페라이트 흡착 메커니즘을 조정하는 방법 및 독성 페라이트@dye 폐기물 생성과 관련된 문제에 대한 혁신적이고 실용적인 해결책을 개발하는 방법을 개발하였음

연구 목표대비 연구결과
전이변환 금속 산화물(FTO: ferrite-transition metal oxide) 복합체의 현장 합성 제어로 독특한 헤테로 구조를 생성할 수 있다. 이러한 헤테로 구조는 표면 전하와 무관한 화학적 및 표면적 특성을 가질 수 있다. 이 아이디어는 ZnO/ZnFe2O4 복합체가 ZnFe2O4보다 더 높은 흡착 용량을 가지고 있음을 이질성이 없는 물리적으로 혼합된 ZnO/ZnFe2O4 연구로 확인하였고 화학흡착으로, 흡착 용량을 증가시키고 견고하고 안정적인 FTO@dye 폐기물을 발생시킬 가능성이 높은 FTO와 염색체 사이의 강한 결합을 촉진할 수 있게 됨을 확인였다. 또한 FTO@dye의 강한 특성으로 인해 열 및 화학적 처리가 가능해질 수 있음을 확인하였고 여기서 FTO가, redox 활성 물질의 훌륭한 공급원이며, 염료는 헤테로원자 도핑 탄소의 훌륭한 공급원으로 사용될 수 있음을 확인하였다. FTO@dye의 이 두 가지 특성이 합쳐져서 촉매 적용을 위한 전기 활성을 지닌 다양한 물질 합성이 가능함을 확인하였으면 이를 3년간 수행하였음
❍ 1차년도: in-situ/ex-situ 합성 방법/이론적 조작 기법 사용, FTO합성물의 이등장 특성의 조정 및 분석 이질적 특성이 FTO 염료 폐기물에 대한 표면 전하, 표면 화학, 화학적 흡수, 물리 흡수 및 흡착 능력에 미치는 영향 조사, 1D/3D FTO 제조 및 표면적, 부피 대 질량비, 흡착능력에 대한 형태학의 영향 조사
❍ 2차년도: 산소 진화 반응용 금속 탄소 전기 촉매(OER)용 유사 금속 유기 프레임워크(MOF) 물질로서 1D/3D FTO@dye 폐기물의 효과를 조사, FTO-Dye 하중이 유사 MOF의 안정성에 미치는 영향 조사, OER로 향하는 FTO@heteroatom 도핑탄소의 전기 작용을 과전위, 타펠 경사, 패러디적 효율에 근거하여 조사
❍ 3차년도: 주요 바이오 마커 검출용 FTO@N 도핑 탄소의 효과적인 전극 응용 방법을 검토, 특히 FTO@N 도핑 탄소의 1D 및 3D 형태학이 포도당, 아스코르빈산, 요산, 도파민 검출시 선택성/민감도에 미치는 영향 조사

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
○ 염료 폐기물 오염, 에너지 안보 및 질병의 조기 진단 문제를 해결할 수 있는 혁신적인 소재의 개발이 필요하며 본 연구결과에서는, 저가의 페라이트 전이 금속산화물 소재 기술을 개발하였고 한가지 물질 기반으로 이 3가지 영역에서 경제성 및 기술성이 만족되는 소재군을 개발함
○ 연구 결과로서, (1) 높은 흡착 능력과 염료 폐수 처리 효율을 가진 새로운 페라이트 - 전이 금속 산화물 계층 구조, (2) 견고한 페라이트 - 염료 2차 폐기물을 사용하여 재생 에너지 전환 시스템 및 조기 질병 진단을 위한 바이오 마커 감지에 적용하기 위해 고효율의 전극 활성 물질을 합성하는 원료를 개발함
○ 이상의 연구결과는 각종 유해물질의 흡착, 에너지 생산용 전기화학 촉매, 각종 진단을 위한 바이오센서 등의 영역 등에서 효과적으로 활용될 수 있음

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구의 목표 및 내용 ... 4
• 2) 연구의 필요성 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 1차년도 목표: FTO의 헤테로 접합 및 형태학적 특성 조사 및 염료에 대한 화학흡착 특성 조사 ... 6
• 2) 2차년도 목표: 산소 발생 반응 (OER)에 대한 FTO@dye 계층 구조의 촉매 특성 조사 ... 7
• 3) 3차년도 목표: FTO@dye 를 사용하여 고도로 선택적이고 민감한 바이오 마커 센서 합성 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 32