초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 귀금속 촉매를 대체하기 위한 고성능, 고안정성의 비귀금속 산소발생반응 촉매를 개발하였다. 특히 귀금속과 유사한 전자구조를 가지면서 금속의 성질을 지닌 전이금속 질화물 나노 촉매 전극을 고온 열처리 과정 없이 제작하였고, 이리듐 전극에 비해 높은 성능과 뛰어난 안정성을 가지고 있음을 검증하였다. 더 나아가서는 질화물을 나노입자 형태로 합성하여 수전해장치로의 적용 가능성을 높였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 연구개발성과는 (1) 기존에 산소발생반응에서 사용되던 귀금속 촉매인

□ 연구개요
본 연구에서는 귀금속 촉매를 대체하기 위한 고성능, 고안정성의 비귀금속 산소발생반응 촉매를 개발하였다. 특히 귀금속과 유사한 전자구조를 가지면서 금속의 성질을 지닌 전이금속 질화물 나노 촉매 전극을 고온 열처리 과정 없이 제작하였고, 이리듐 전극에 비해 높은 성능과 뛰어난 안정성을 가지고 있음을 검증하였다. 더 나아가서는 질화물을 나노입자 형태로 합성하여 수전해장치로의 적용 가능성을 높였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 연구개발성과는 (1) 기존에 산소발생반응에서 사용되던 귀금속 촉매인 이리듐보다 활성이 높으면서 뛰어난 안정성을 보이는 니켈 질화물 촉매 전극의 개발, (2) 질소 분위기, 상온 조건에서의 나노구조 전이금속 질화물 전극 제작, (3) 수전해 전지에 적용할 수 있는 나노입자의 형태로 질화물 합성으로 요약할 수 있다.
기존의 연구 목표는 비귀금속 촉매, 특히 전이금속 탄화물 및 질화물의 조성에 따른 활성 및 안정성 경향을 체계적으로 파악하고, 최적의 촉매를 다양한 합성 방법을 통해 나노구조로 제작하여 수전해장치에서의 적용 가능성을 검토하는 것이었다. 하지만 수전해 환경에서 화합물 촉매의 표면이 산화되고, 산화된 표면에서 발현되는 활성이 주요한 인자라는 점에 착안하여, 고성능/고안정성의 비귀금속 화합물 촉매를 개발하되, 폭발성 또는 독성 기체를 이용하는 기존의 고온 열처리 공정을 대체할 수 있는 방법으로 전극을 제작하고자 하였다. 본 연구에서는 나노구조 질화물 촉매를 질소 분위기에서 상온 기상증착을 통해 합성하였고, 산소발생반응시 뛰어난 안정성과 이리듐에 비해 높은 활성을 가지고 있음을 확인하였다. 또한 동일한 증착 방법을 이용하되 수전해장치로의 적용이 가능하도록 질화물 나노입자를 합성하였고, 이의 촉매 활성을 실험적으로 검증하였다.
결과적으로 최종적인 목표였던 고성능/고안정성 비귀금속 촉매를 성공적으로 개발하였고, 기존의 합성 과정에서의 한계점을 극복할 수 있는 방안을 제시하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구에서는 산소발생반응에서 우수한 활성을 보이는 니켈 질화물과 코발트 질화물을 상온에서 질소를 사용하여 제작하였고, 더 나아가서는 탄소 지지체에 담지된 니켈 질화물과 코발트 질화물 나노입자 촉매를 성공적으로 합성하여 향후 수전해전지로의 응용 가능성을 확보하였다. 이를 통해 (1) 전이금속 질화물의 생산 과정에서 기존의 한계를 효과적으로 극복하는 방안을 제시하였다는 측면과 (2) 기존에는 합성하기 어려웠던 조성의 화합물 나노촉매를 제작하는 일반적인 방법론을 제공하였다는 점에서 관련 분야에 상당한 파급력을 보일 것으로 기대된다. 본 연구에서 사용한 증착 공정은 그 규모에 따라 경제성에 차이가 크게 발생하기에 구체적인 원가절감 효과를 정량적으로 제시하기는 어렵지만, 규모가 커질수록 경제성이 높아지기에 실제 공정에서 적용했을 때 더 큰 효과를 볼 수 있을 것으로 예상된다. 이는 수소 생산 뿐 아니라 다양한 전기화학 촉매반응 기반의 청정 에너지 및 이산화탄소 저감기술에 도입되어 2050 탄소중립에 기여할 것으로 전망된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 필요성 ... 4
• 2) 연구개발의 목적 및 최종목표 ... 4
• 3) 연구개발의 범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) 접근 방법 ... 4
• 2) 수행 과정 및 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 끝페이지 ... 15