초록 ▼

□ 연구개요
제일원리계산을 이용하여 물질 내 수소 도핑 및 이동에 관한 결정 인자를 파악하고 이를 바탕으로 수소 거동에 관한 보편적 이해를 목표로 함. 이를 위해, 다양한 이론적 방법론을 활용해 “산화물/황화물의 기초물성 및 수소 거동 연구 (1차년도)”를 수행하고, 더 나아가 “기초물성-수소거동 관계의 브릿지 연구 (2차년도)”를 통해 물성을 결정짓는 다양한 feature들과 수소 거동간의 상관관계를 파악해 간단하고 유효한 descriptor 혹은 key feature를 도출하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과

□ 연구개요
제일원리계산을 이용하여 물질 내 수소 도핑 및 이동에 관한 결정 인자를 파악하고 이를 바탕으로 수소 거동에 관한 보편적 이해를 목표로 함. 이를 위해, 다양한 이론적 방법론을 활용해 “산화물/황화물의 기초물성 및 수소 거동 연구 (1차년도)”를 수행하고, 더 나아가 “기초물성-수소거동 관계의 브릿지 연구 (2차년도)”를 통해 물성을 결정짓는 다양한 feature들과 수소 거동간의 상관관계를 파악해 간단하고 유효한 descriptor 혹은 key feature를 도출하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) 1차년도: 목표 - SCI 2편/ 인력양성(석사) 1명, 결과: SCI 3편/ 인력양성: 0명
◦ 실험적으로 구현 가능한 이차원 산화물 연구를 위해 quasi 2D 특성을 내포한 3차원 벌크 산화물인 NaRhO₂의 기초 벌크 물성과 Na를 분리해 낸 이차원 특성에 대해 연구를 수행하고 그 결과를 SCI 저널에 출판함.
◦ Co₃S₄ 황화물에 대한 기초 연구도 수행함. S^2-에 의한 약화된 결정장 분리 에너지 (Crystal field splitting energy)로 인해 황화물 상태에서는 Co³⁺ 이온이 high-spin 상태를 선호하게되고 이에 따라 쩔쩔맴 자성 (Frustrated magnetism)과 같은 독특한 자성현상 발현이 가능함을 예측하였고 논문으로 출판함.
◦ 수소 거동 이해를 위한 descriptor 도출을 위해 구조 정보 (예, 부피, 결합 길이) 및 화학 정보 (예, 결합세기, 밴드갭)를 활용해 Ti-based 산화물의 기초물성과 산소 빈자리 결함에 대한 연구를 수행하고 SCI 저널에 출판함.
(2) 2차년도: 목표 - SCI 2편/ 인력양성(석사) 1명, 결과: SCI 3편/ 인력양성: 1명
◦ 1차년도 연구결과를 바탕으로 산화물의 산소 빈자리 결함 형성에너지를 화학결합 세기를 통해 예측 가능할 것으로 추측하고 연결고리를 찾기 위한 연구를 수행함. 현재, 금속-산소 결합세기를 정량화하는 방법을 개발하여 200 종류 이상의 산화물에서 산소 빈자리 결함 형성에너지와 이동 에너지가 연결되어 있음을 확인하고 그 결과는 논문출판 준비 중.
◦ 차세대 전력 반도체 소자로서 주목을 받고 있는 Ga₂O₃ 의 α-상 내 수소의 이동 에너지 및 경로를 제일원리계산을 통해 파악하고, 같은 결정 구조와 화학조성을 가진 α-Al₂O₃와 비교하여 수소 거동 특성과 양이온 (Ga³⁺, Al³⁺) 및 cell volume 등 간의 연결 고리를 규명하고자 노력하였고 결과는 논문출판 준비 중.
◦ 수소 생산을 위한 황화물 촉매 Ni₃S₂의 황 빈자리 결함에 대한 연구를 수행함. 황 빈자리 결함이 전이금속 도펀트와 상호작용하여 농도 변화를 일으키고, 높은 황 빈자리 결함 농도는 activation site로서 역할과 전이금속 d-band의 위치 변화를 야기해 수소 촉매 작용을 촉진시키는 것을 확인하고 연구결과를 SCI 저널에 출판함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
◦ 본 연구는 양자역학 기반 제일원리계산을 통해 응집물질물리의 기초 물성 지식을 확장하고 물질 내 수소 거동에 관한 새로운 이론을 제안해 또 하나의 응집물질물리 및 재료과학 연구 분야 개척에 기여하는 것을 기본 목표로 함.
◦ 본 과제의 연구 성과는 수소 연료전지 개발 등에 이론적 기틀을 제공하여 이를 활용한 연구개발 효율성 향상에 기여할 것으로 판단됨. 이는 학문적 지식 뿐 아니라 기술 개발 관점에서 사회 경제적 파급효과를 기대하게 함. 연구 성과를 지속적으로 발전시켜 수소 거동에 대한 기반지식을 확보하기 위해 후속 연구과제 지원, 연구인력 확보 등의 노력을 꾸준히 진행하고자 함.
◦ 수소 거동에 관한 보편적 이해는 기초 학문 지식발전은 물론이고 과학기술 분야에도 큰 영향을 미칠 것이며 수소경제 활성화와 그 궤를 같이 함. 또한, 차세대 반도체 소재를 포함한 다양한 물질 내 수소 문제에 대한 포괄적 이해를 제공한다는 측면에서 정부 정책과도 밀접한 관련이 있음. 따라서, 본 과제의 최종 연구결과는 미래형 수소 에너지 및 소재·부품·장비 원천기술 창출을 통한 국가R&D 경쟁력 확보와 미래 고부가가치 원천기술 확보를 위한 발판이 될 것임을 확신함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• (1) 1차년도 ... 4
• (2) 2차년도 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 4
• 가. 연도별 연구 개발 결과 ... 4
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 6
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 6
• 6. 자체점검표 ... 7
• 7. 참고문헌 ... 7
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 8
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 9
• 끝페이지 ... 13