초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 이핵 금속소재의 설계 및 합성, 에너지- 및 전자이동 경로확인, 그리고 최종적으로 고효율, 고내구성 광화학적 이산화탄소전환시스템 개발을 목표한다. 총 3개년 연구를 계획하며, 1차년도에는 최적의 Dyad를 도출하고, 2차년도에 빛에 의한 에너지- 및 전자이동을 최적화하고, 3차년도에는 최적화된 광촉매를 활용하여 이산화탄소 광전환의 효율과 선택성을 극대화 한다. 3년의 연구기간 중 전자통로물질의 역할이 규명되고 최적화된 이핵금속 기반 광촉매를 개발한다.본 연구는 이핵 금속(Bimetallic) 착물기반 이

□ 연구개요
본 연구는 이핵 금속소재의 설계 및 합성, 에너지- 및 전자이동 경로확인, 그리고 최종적으로 고효율, 고내구성 광화학적 이산화탄소전환시스템 개발을 목표한다. 총 3개년 연구를 계획하며, 1차년도에는 최적의 Dyad를 도출하고, 2차년도에 빛에 의한 에너지- 및 전자이동을 최적화하고, 3차년도에는 최적화된 광촉매를 활용하여 이산화탄소 광전환의 효율과 선택성을 극대화 한다. 3년의 연구기간 중 전자통로물질의 역할이 규명되고 최적화된 이핵금속 기반 광촉매를 개발한다.본 연구는 이핵 금속(Bimetallic) 착물기반 이산화탄소 전환용 광촉매시스템개발에 관한 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
이핵금속 촉매시스템이 개발되었다. 크게 시스템은 비균일계를 기반한 집광소재 + N-형 반도체 TiO₂/CO₂전환촉매 및 비균일계 삼성분계 집광소재/N-형 반도체(TiO₂)/CO₂전환촉매로 나누어서 개발되었으며 기존 균일계 시스템 대비 고효율, 장수명, 고선택성 이산화탄소-to-CO/포름산(HCOOH) 전환효율을 확보되었다. 세부적인 연구결과는 아래와 같다.
1. Ir계 가시광 흡수 유기금속 염료개발: 리간드의 전자구조 조절을 통하여 다전자 수용능력이 확보되었으며 이로인하여 3-5배 개선된 광화학적 이산화탄소 전환효율이 확보되었다.
2. Ir계 염료를 구성하는 리간드의 정밀전자구조조절을 통하여 합성된 Ir착물소재의 밴드갭, 전자전이, 그리고 전자구조-발광효율 상관관계에 관한 기본연구가 진행되었다.
3. 고선택성, 고효율 CO₂ to CO/HCOOH 전환용 신규 유기금속착물촉매개발: Ir/Re/Ru계 유기금속착물촉매가 합성되었으며 N-형 TiO₂ 전자전달소재위에 담지화를 통하여 선택적 이산화탄소 전환 메커니즘 조절이 구현되었으며 결과적으로 개선된 이산화탄소전환효율과 촉매 내구성이 확보되었다.
⦁ CO/HCOOH생성물의 정량 분석을 위한 광반응 셀 제작 및 분석방법 확보
⦁ 전환촉매 합성 수율 최적화 및 Characterization
⦁ 합성된 Ir금속착물소재의 N-형 반도체 표면 담지화를 통한 효과적인 전자포집시스템 구축
⦁ Ir금속착물/TiO₂ 계면특성 확립: 광유발 전자이동조건 규명 및 이를 통한 효율극대화
⦁ TiO₂반도체에 담지화된 Ir/Re/Ru금속착물촉매의 고신뢰성 확보 및 최적화조건 확립
4. 촉매반응메커니즘 이해를 통한 고내구성, 고효율 CO₂-to-CO/포름산 전환효율 확보
⦁ in-situ FTIR분광법을 통한 Ir/Re/Ru금촉착물촉매의 촉매 메커니즘 분석
⦁ 광촉매 반응 간 금속착물촉매의 핵심중간체 분석
⦁ 유기물질/반도체 계면에서의 광전기화학적 기초연구
⦁ 비균일계 시스템 내 금촉착물촉매의 다전자 이산화탄소 환원기작 규명

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
￭ 본과제를 통해 확립된 이핵금속기반 광촉매 시스템은 각 성분의 기능 극대화 및 서로의 간섭을 최소화 할 수 있는 인공광합성 시스템이라고 사료됨. 특히 이산화티탄 반도체 전자전달재료의 도입을 통하여 비교 균일계시스템 대비 개선된 내구성과 이산화탄소 전환효율이 확보됨.
￭ 식물이 광합성을 통해서 태양에너지를 4% 미만 정도만 활용하는데 반하여, 현재 태양전지효율이 24%에 이르고 있다. 따라서 이러한 신재생에너지와 연계한 이산화탄소 전환기술은 태양에너지의 이용 효율을 높여 줄 뿐만 아니라 신재생 에너지 분야에서 가장 큰 문제점 중 하나인 태양에너지 저장의 문제를 해결할 수 있는 한 방안이라고 판단됨. 특히 본 연구에서 기확보된 장시간의 높은 내구성은 향후 상용화라는 관점에서 큰 장점으로 활용될 수 있음.
￭ 다양한 분석장비들 (In situ FTIR, UV/PL, BET, DRS)에 대한 측정 know-how는 관련분야 금속착물촉매연구에 활용가능함.
￭ 본 연구에서 다양한 금속착물촉매들의 활성 및 선택도 평가결과 및 촉매반응 메커니즘 분석결과는 새로운 신규 유기금속촉매 개발 시 유용한 빅데이터로 활용가능하기 때문에 향후 다양한 이산화탄소 감축 및 활용 연구를 위한 기초연구자료로 활용가능함.

(출처 : 연구결과 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
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 15
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 참고문헌 ... 17
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 33