초록 ▼

□ 연구개요
태양광 에너지전환을 위한 원자제어 촉매 개발 및 전극 계면 분석:
1. 원자단위로 조절된 수소발생/산소발생용 촉매 개발
-기존의 나노입자와는 다른 물리적, 전기적, 광학적 특성을 보이며, 원자 단위의 제어가 가능하고 높은 안정성을 갖는 거대원자 촉매 개발
2. 전극 계면 분석을 통한 반응 저해 요소 파악
- 임피던스 분석을 통해 전극 반응의 성능 제한요소를 도출
3. 원자제어 촉매 기반 Photovoltaic-Electrochemical (PV-EC) solar-to-H₂

□ 연구개요
태양광 에너지전환을 위한 원자제어 촉매 개발 및 전극 계면 분석:
1. 원자단위로 조절된 수소발생/산소발생용 촉매 개발
-기존의 나노입자와는 다른 물리적, 전기적, 광학적 특성을 보이며, 원자 단위의 제어가 가능하고 높은 안정성을 갖는 거대원자 촉매 개발
2. 전극 계면 분석을 통한 반응 저해 요소 파악
- 임피던스 분석을 통해 전극 반응의 성능 제한요소를 도출
3. 원자제어 촉매 기반 Photovoltaic-Electrochemical (PV-EC) solar-to-H₂ 시스템 개발
- 원자제어 촉매 기반 제로갭 전해조를 태양전지 시스템과 연동시켜 고성능의 수소 생산 PV-EC 시스템을 구축

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 거대원자 기반 수전해 촉매 5종 이상 개발
- Size-focusing, ligand exchange 방법을 통한 크기/조성이 다양한 거대원자의 제조
- Co-reduction, galvanic exchange를 통한 합금 거대원자 제조
- 금속/리간드 비율, 환원제세기, 반응시간, 온도 등 반응조건 변화를 통한 비귀금속 거대원자 제조
- 분리박층크로마토그래피 (PTLC). solvent fractionation 방법 등을 이용해 고순도/고균일도 거대원자 정제
- Ni₄(SC₂H₄Ph)₈, Ni₅(SC₂H₄Ph)₁₀, Ni₆(SC₂H₄Ph)₁₂, Ni₄₁(SC₂H₄Ph)₂₅, Ni₁₅Fe₂(SC₂H₄Ph)₇ 촉매 개발
2. 전극 계면 분석을 통한 촉매 반응의 저해요소 규명
- 전도성 지지체 자체의 특이적 변화 관찰
- carbon black(CB)은 공기 중에서 서서히 산화되어 탄소 산화물로 변화하며, 소수성 촉매의 분산과 촉매전극의 활성자리 규명의 제한요소로 작용됨을 확인
- 산화된 탄소 지지체를 유기용매 처리 후 변화되는 전극 계면 변화 확인
- EIS를 통한 전도성 지지체의 전자전달통로 형성 확인
- Dropcasting 또는 spraying 방법을 이용한 전극화 (거대원자-GDL/GA, 거대원자-NF)
- Half-cell 임피던스 분석을 통한 반응이 실제 일어나는 촉매전극의 저해요소 규명
- 전극 계면 분석 결과를 적용한 촉매전극 최적화 (촉매양, 전자전달속도 등)

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 에너지 전환 시스템 실증화에 가장 큰 비용을 차지하는 촉매의 비용 절감
- 정밀 설계 촉매를 통한 에너지 전환 효율 증대
- 촉매 원자제어 및 에너지전환 분야의 선도기술 구축
- 고효율 시스템 개발을 통한 에너지 경제성 증대
- 탄소중립의 사회적 니즈 충족 및 에너지 공급 다양화
- 에너지 신산업 분야 우수인력 양성, 일자리 창출

(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) 거대원자 (Superatom) 전극의 제조 및 전극화 ... 4
• 2) 고성능 PV-EC를 위한 전해조 시스템 개발 및 성능평가 ... 5
• 3) 전극 계면 분석 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 10
• 1) 비귀금속계 산소발생 촉매의 개발 ... 10
• 2) 원자 수준에서 제어 가능한 거대원자 ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 1) 활용 분야 ... 12
• 2) 추가연구의 필요성 ... 12
• 3) 타 연구에의 응용 ... 12
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 13
• 끝페이지 ... 26