초록 ▼

□ 연구개요
• 그래핀은 탄소 원자들이 벌집 모양의 결정 격자를 가지면서, 2차원 평면 구조를 이루고 있는 물질로, 1) 높은 전기 전도도 2) 높은 열 전도도 3) 매우 강한 강도 4) 매우 높은 이론적 비표면적 등 탁월한 물리화학적 특성을 보임.
• 이러한 특성은 이상적인 단일층(single-layer) 그래핀에서 예측되는 특성들이고, 그래핀의 층이 많고 두꺼워질수록 이론적 성질에서 멀어지는 문제가 있음.
• 그래핀 합성은 전이금속 주위에 물리적, 화학적 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Depos

□ 연구개요
• 그래핀은 탄소 원자들이 벌집 모양의 결정 격자를 가지면서, 2차원 평면 구조를 이루고 있는 물질로, 1) 높은 전기 전도도 2) 높은 열 전도도 3) 매우 강한 강도 4) 매우 높은 이론적 비표면적 등 탁월한 물리화학적 특성을 보임.
• 이러한 특성은 이상적인 단일층(single-layer) 그래핀에서 예측되는 특성들이고, 그래핀의 층이 많고 두꺼워질수록 이론적 성질에서 멀어지는 문제가 있음.
• 그래핀 합성은 전이금속 주위에 물리적, 화학적 또는 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 등을 통해 가능하지만, 그래핀 층 개수를 5층 이하로 수월하게 조절하기란 매우 어려움.
• 본 연구에서는 금속입자에 다양한 방법을 이용 제어 가능한 단층 및 다층 그래핀 코팅된 신규 복합 구조체를 개발하였고, 개발된 구조체를 수전해 전기화학 촉매로 활용하였음.
• 또한 단일층 그래핀-금속 폼에 대한 선행 연구로서 금속 폼을 개질해 전기화학 촉매로 사용함.

□ 연구 목표대비 연구결과
• 단일층 그래핀을 니켈, 코발트, 루테늄과 같은 금속들에 코팅하여 그래핀 단일층이 코팅된 금속 나노입자를 성공적으로 합성함.
• 합성된 단일층 그래핀 코팅 금속 나노입자는 수전해 반응용 촉매로 사용되어 각 반응들에서 상용 귀금속 촉매를 뛰어넘는 매우 우수한 성능을 보여줌.
• 이론적 계산을 통해 수전해 전기화학반응에서 나노입자에 코팅된 단일층 그래핀의 역할을 규명.
• 금속 폼을 손쉽게 개질할 수 있는 방법들을 고안하여 금속 폼을 수전해 산소 발생 반응(OER) 촉매로서 사용함.
• 금속 폼을 용액에 일정 시간 담갔다가 빼는 손쉬운 방법으로 금속 표면 내에 금속 수산화물을 형성함. 형성된 금속 수산화물은 전기화학 촉매로 사용되어 높은 OER 활성을 보였음.
• 위의 연구들을 토대로 정량적 연구성과로서 SCI 논문 24편, 초청강연 1건, 학술대회 논문발표 국내외 통합 7건, 해외 학회에서 우수 포스터 수상 1건, 국내특허 14건, 국외특허 8건 출원, 국내특허 6건 등록하였고, 등록 된 특허 중 기술이전 2건을 달성하면서 그래핀-금속 복합체의 산업화에 기여함.
• 학위배출인력으로서 박사 5명, 석사 4명을 배출하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
• 그래핀이 코팅된 금속 복합 구조체 합성 원천 기술을 확보하고, 이를 에너지, 화학, 생의학, 기계, 화공, 환경 등 다양한 응용 분야에 접목하고, 산업화 가능성 타진.
• 특히 단일 그래핀 금속 복합체는 수전해 및 연료전지의 고 활성-내구성 촉매 개발에 더해, 질소환원 암모니아 생성 및 CO₂ 환원 고부가가치 유기화합물 합성 등 새로운 활용이 기대되며, 수소사회 진입 및 기후변화 CO₂ 감축 기술개발울 위한 첨단소재로 활용이 크게 기대됨.
• 단일층 그래핀-금속 복합체의 새로운 향상된 표면특성 및 dipole 특성을 이용하여 기존에 불가능 했던 다양한 응용 및 산업 분야에 활용 가능하면, 새로운 지식 및 산업 창출이 기대됨.
• 본 연구는 근래 정부에서 더욱 기술개발을 요구하는 수소 및 암모니아 합성 관련 수소 에너지 기술 및 CO₂ 변환 반응에 밀접하게 관련되어, 미래 수소경제 및 환경개선관련 국내 기술의 국제적 위상을 높이는데 크게 기여할 것으로 예상.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 질소 도핑된 그래핀 단일층으로 캡슐화된 니켈 나노입자 개발 ... 5
• 2) 질소 도핑 단일층 그래핀이 코팅 된 코발트 나노입자 개발 ... 7
• 3) 보풀 형태의 그래핀으로 감싸진 속이 빈 구형 Ni5P4 입자 개발 ... 9
• 4) 그래핀 단일층으로 코팅 된 루테늄 나노입자 개발 ... 10
• 5) 친수성 수산화니켈철이 로딩된 니켈폼 개발 ... 11
• 6) 피라냐 용액을 이용하여 수산화니켈철이 로딩된 니켈폼 합성 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 13
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 14
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 16
• 7. 참고문헌 ... 17
• 끝페이지 ... 44