초록 ▼

□ 연구개요
○ 본 연구에서는 산성 조건에서의 산소환원반응을 위한 고성능/고내구성 MOF-기반 비귀금속 촉매를 설계, 합성하고, 이를 스케일업 생산할 수 있는 공정을 개발하고자 한다. 1-3차년에는 MOF-기반 촉매의 원천 소재 기술 개발 연구를 수행하고, 4-5차년도에는 MOF-기반 촉매의 스케일업 생산 공정 및 촉매 성능 향상 연구를 수행하고자 한다. 본 연구의 최종 목표는 다음과 같다.
[최종목표] 산소환원반응을 위한 고성능/고내구성 MOF-기반 비귀금속 촉매 개발
- 상용 촉매(Pt/C) 대비 10% 이상의

□ 연구개요
○ 본 연구에서는 산성 조건에서의 산소환원반응을 위한 고성능/고내구성 MOF-기반 비귀금속 촉매를 설계, 합성하고, 이를 스케일업 생산할 수 있는 공정을 개발하고자 한다. 1-3차년에는 MOF-기반 촉매의 원천 소재 기술 개발 연구를 수행하고, 4-5차년도에는 MOF-기반 촉매의 스케일업 생산 공정 및 촉매 성능 향상 연구를 수행하고자 한다. 본 연구의 최종 목표는 다음과 같다.
[최종목표] 산소환원반응을 위한 고성능/고내구성 MOF-기반 비귀금속 촉매 개발
- 상용 촉매(Pt/C) 대비 10% 이상의 성능 증대
- 할로우 구조를 이용한 기존 MOF 촉매 대비 10% 이상의 성능 증대

□ 연구 목표대비 연구결과
○ 연차별 목표 대비 연구결과
[1차년도] 전기화학 촉매 응용을 위한 MOF 기반 비귀금속계 촉매 선정 및 합성법 개발
∙ MOF 기반 촉매 스크리닝 및 금속 함입, 금속 조성 조절 통한 촉매 활성점 확보 연구
[2차년도] 다성분계 금속 및 리간드 치환을 이용한 MOF 기반 촉매의 구조 제어
∙ 이종 이상의 다성분계 MOF 촉매 및 아민기 리간드 치환을 통한 N-doped C 확보
[3차년도] 코어-쉘 및 할로우 구조의 MOF 기반 촉매 개발 및 전기화학 성능 평가
∙ PS/PPy를 템플레이트로 활용한 고분자/MOF 코어-쉘 입자 및 탄화를 통해 할로우 구조 MOF 촉매 합성 및 물질전달 저항 감소로 인한 향상된 전기화학 성능 확보
[4차년도] 분무건조 및 분무열분해를 이용한 MOF 기반 촉매 대량 합성법 개발
∙ 분무건조/분무열분해를 통해 MOF 기반 촉매 대량 합성법 확보
[5차년도] 촉매 내구성 향상을 위한 분무건조 및 분무열분해를 이용한 (CNT, rGO)@MOF 기반 촉매 합성
∙ 연속 공정을 이용한 CNT@MOF 기반 촉매를 합성하여, 향상된 내구성 확보
○ 상용 촉매(Pt/C) 대비 10% 이상의 성능 증대
∙ MOF-고분자 복합체로 유도된 M-NC 촉매로 상용 Pt/C 대비 8.5% 향상된 성능 확보 및 이종금속 ZIF 유도체로 유도된 초저백금 PtCo-NC 촉매로 상용 Pt/C (65 A/g) 대비 7.7배 향상된 504 A/g의 우수한 촉매 질량 기준 활성도 성능 확보
○ 할로우 구조를 이용한 기존 MOF 촉매 대비 10% 이상 성능 증대
∙ PS-PPy/ZIF 코어-쉘 입자로 유도된 할로우 CoFe-NC 촉매를 이용한 MOF 기반 촉매 대비 13%까지 성능이 향상된 성능 확보 및 할로우 이종금속 ZIF 구조체로 유도된 초저백금 PtCo-NC 촉매를 이용한 동일 조성 MOF 촉매 대비 2.6배 향상된 질량 기준 활성도 확보

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
○ MOF (metal-orgainc frameworks) 재료는 금속과 유기리간드가 결합하여 형성한 나노기공 결정으로 금속이 유기리간드 사이에 규칙적으로 원자단위 크기로 배열되어 있어 이를 탄화시킬 경우 고다공성의 탄소 소재에 금속이 원자단위의 크기로 배열된 형태를 가지게 되어 촉매 양 대비 높은 촉매활성을 기대할 수 있음.
○ 본 연구를 통해 개발된 다양한 MOF 기반 전기화학 촉매(단원자 촉매, 할로우 구조 촉매, CNT 포함 촉매 등) 기술은 연료전지 전극 촉매, 수전해 전극 촉매, 이차전지 전극 등의 소재로 직접 활용이 가능함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 최종 목표 ... 4
• 나. 연구의 필요성 ... 4
• 다. 연차별 연구범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 가. 연구 목표 달성을 위한 추진전략 ... 6
• 나. 연구 방법 및 절차 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 17
• 7. 참고문헌 ... 17
• 끝페이지 ... 43