초록 ▼

□ 연구개요
- 일반적으로 귀금속 (Pt, Rh, Ir, Ru)이 가장 반응성이 높은 촉매지만 수소 생산의 단가를 낮추기 위해서는 값싸며 높은 성능의 비귀금속 촉매 개발이 필요함.
- 2차원 물질 (예 : MoS₂, WS₂)의 기저면(basal plane)은 낮은 촉매 활성도를 보이기 때문에 활성 자리(active site)의 수를 크게 증가시키거나 전기저항을 감소시키면 수전해 효율을 높일 수 있음.
- 2차원 소재의 혼성 구조는 전자 구조를 변화시켜 전기전도도를 증가시킬 뿐

□ 연구개요
- 일반적으로 귀금속 (Pt, Rh, Ir, Ru)이 가장 반응성이 높은 촉매지만 수소 생산의 단가를 낮추기 위해서는 값싸며 높은 성능의 비귀금속 촉매 개발이 필요함.
- 2차원 물질 (예 : MoS₂, WS₂)의 기저면(basal plane)은 낮은 촉매 활성도를 보이기 때문에 활성 자리(active site)의 수를 크게 증가시키거나 전기저항을 감소시키면 수전해 효율을 높일 수 있음.
- 2차원 소재의 혼성 구조는 전자 구조를 변화시켜 전기전도도를 증가시킬 뿐 아니라 수소 원자의 흡착 자유에너지(ΔG_H)를 0에 가깝게 조정할 수 있음.

□ 연구 목표대비 연구결과
(목표) 단일 2차원 소재 합성 연구 및 물리적 특성 연구
- (결과) 단결정 hBN 박막 합성, hBN위의 대면적 단결정 WS₂와 그래핀 성장
- (달성도) 100 %, 대표성과: Science

(목표) 2차원 소재 기반 전기촉매 현상의 이해
- (결과) hBN/WS₂/Gr/hBN의 적층구조 합성, MoS₂/Gr 적층 구조의 HER 특성 평가
- (달성도) 98 %, 대표성과: ACS Materials & Interfaces

(목표) 2차원 소재의 결함 제어와 치환 도핑 연구
- (결과) 열처리 후 MoS₂의 결함 분석, Mo_xW_1-xS₂ 와 V-MoS₂의 합성, 치환 도핑 후 전자-정공 재결합에 관한 연구
- (달성도) 100 %, 대표성과: Advanced Science

(목표) 2차원 혼성구조 합성과 촉매 특성 평가
- (결과) high-index Au 기판 위에 MoSe₂/WSe₂ 혼성구조와 Mo_xW_1-xS₂ 혼합물의 성장 및 분석, V 도핑 농도에 따른 V-MoS₂의 HER 특성 평가와 메커니즘 규명, V-MoS₂의 장시간 안정성 평가, Zn과 V 도핑 농도에 따른 Zn_xV_xMo_1-2xS₂ 의 HER 특성 평가
- (달성도) 100%, 대표성과: Advanced Materials

(목표) 광촉매의 효율 검증 연구
- (결과) MoS₂, ReS₂의 광촉매 수소 생산 성능 분석
- (달성도) 95 %

(목표) 촉매의 장기적 안정성 확보
- (결과) Melamine 도핑을 통한 촉매 안성성 확보, V-MoS₂의 안정성 평가
- (달성도) 98 %, 대표성과: Materials Today Energy (in press)

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구 결과를 통해, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있음. 경제/산업적으로는 풍력, 태양광 등 재생에너지원의 문제점으로 알려져 있는 간헐적 생산의 문제점을 보완하고 친환경 그린 에너지원 개발과 P2G(Power to Gas) 기술 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대됨. 이를 통해 탄소 기반 에너지원의 사용을 지양하여 자원 고갈, 환경오염 문제를 해결하고 온실가스 및 미세먼지 감축에 기여할 것임. 또한 새로운 촉매 소재 개발을 통해, 수소 에너지 보급화의 세계적 흐름을 선도하는 원천 기술을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 요소기술은 배터리, 연료전지, 디스플레이, 등으로 활용이 될 것으로 전망됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 최종 목표 ... 4
• 2) 연구 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 단일 2차원 소재 합성 연구 및 물리적 특성 연구 ... 6
• 2) 2차원 소재 기반 전기촉매 현상의 이해 ... 7
• 3) 2차원 소재의 결함 제어와 치환 도핑 연구 ... 8
• 4) 2차원 혼성구조 합성과 촉매 특성 평가 ... 11
• 5) 광촉매의 효율 검증 연구 ... 15
• 6) 촉매의 장기적 안정성 확보 ... 16
• 3. 연구개발과제의 수행 과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 17
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 18
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 33
• 끝페이지 ... 48