초록 ▼

□ 연구개요
전기화학적 촉매 활성과 안정성이 우수한 새로운 형태의 저차원 스피넬 AB₂O₄ 나노구조를 효율적으로 합성하고 금속의 치환, 다공성, 금속산화물 접촉계면의 형성, 계층적 구조등과 같은 구조적 특이성을 조절하여 물 분해 반응에서 일어나는 산소 발생(OER)과 수소발생 반응(HER)의 전기화학적 전자전달 반응 속도를 제어함으로써 효율과 안정성이 극대화된 새로운 전극 물질, 새로운 형태의 전극구조의 구현하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
선행 기초 연구로 얻어

□ 연구개요
전기화학적 촉매 활성과 안정성이 우수한 새로운 형태의 저차원 스피넬 AB₂O₄ 나노구조를 효율적으로 합성하고 금속의 치환, 다공성, 금속산화물 접촉계면의 형성, 계층적 구조등과 같은 구조적 특이성을 조절하여 물 분해 반응에서 일어나는 산소 발생(OER)과 수소발생 반응(HER)의 전기화학적 전자전달 반응 속도를 제어함으로써 효율과 안정성이 극대화된 새로운 전극 물질, 새로운 형태의 전극구조의 구현하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
선행 기초 연구로 얻어진 새로운 스피넬 구조인 Co₂RhO₄ 나노튜브를 이용하여 염기조건에서 OER 활성을 다양한 조성에 따라 연구한 결과 단일 상을 가지는 Co₂RhO₄ 나노튜브가 상업적으로 사용되는 Ir/C 촉매보다 매우 우수한 전기화학적 특성과 안정성을 가짐을 확인하였다. 이는 B자리에 치환된 Rh³⁺의 의해 반응 속도 결정 단계에서 OH 이온의 화학적 흡착을 촉진시켜 반응속도를 크게 향상시킨 결과로 해석되고 연구기간 동안 진행되는 연구에서는 CoMRhO₄ (M= Co³⁺, Fe³⁺, Ru³⁺...), NiMRhO₄(M=Rh³⁺, Co³⁺, Fe³⁺, Ru³⁺...), Co₂RuO₄, Co₂Ru_1-xFe_xO₄,등과 같은 새로운 구조의 저차원 스피넬 나노 구조의 합성하였고 저차원 스피넬 AB₂O₄의 구조 대해서 전기화학적 활성에 대한 증명뿐 아니라 이들의 환원된 구조의 이중금속 나노구조도 합성함으로써 OER과 HER 활성에 대해 이론적, 실험적으로 이해하고자 하였다.
본 연구과제의 수행결과 지난 33개월(2019.06.01.~2022.02.28.) 기준으로 7편의 SCI(E) 논문에 교신 저자로 참여하였고 이 가운데 4편은 IF 분야별 상위 10%이내로 게재하는 성과를 거두었다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구에서는 특히 Rh과 Ru가 같이 전기화학적 안정성이 우수한 금속이 소량 치환된 저차원 스피넬 AB₂O₄의 구조의 경우 중성과 산성 용액에서도 OER 및 HER에 대하여 우수한 전기화학적 특성을 가질 것으로 판단되며 이는 현재 비귀금속계 전극물질이 가지고 있는 기술적 한계를 극복할 수 방법론이 될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 얻어진 연구결과는 저차원 스피넬 AB₂O₄의 새로운 나노구조 합성하여 물 분해 반응에서의 OER 과 HER 가지는 과전위를 효율적인 낮출 수 있도록 전자전달반응의 반응 속도를 제어하고 중성 및 산성 수용액에서도 안정성을 가지는 새로운 결과물을 제시함으로서 전기화학적 촉매 합성의 새로운 연구 분야를 제시할 수 있으리라 판단된다. 본 과제의 성공적인 결과 도출을 통하여, 저차원 스피넬 AB₂O₄의 새로운 나노구조 합성에 의한 고효율 전자전달 반응 촉매의 개발 분야에 기여한다. 또한, 본 연구는 기초과학적 연구를 바탕으로, 새롭고 개선된 형태의 효율적인 전자전달 물질 발굴을 위한 시스템을 제시하고자 하므로 학문적, 인력양성의 기대성과가 예측된다. 다양한 저차원 스피넬 AB₂O₄의 새로운 나노구조 표면특성에 따른 전자전달 반응의 물리화학적 메커니즘을 이해할 수 있고, 효율이 좋은 새로운 촉매 표면 구조를 제안할 수 있고 새로운 제조 방향은 관련분야의 기초과학적 배경과 기술을 선도하게 함으로써 경제적 측면에 크게 기여할 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 목표 및 내용 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 가. 단계별 연구의 목표 및 내용 ... 6
• 나. 1차 연도 개발 목표 및 결과 ... 7
• 다. 2차 년도의 연구 목표 ... 9
• 라. 3차 년도의 연구 목표 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 13
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 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 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 32