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보고서 상세정보

분저자장결 물정질과 설금계속 분및산 개을발 이용한 수소
Desing and Development of hydrogen storage materials based on molecular crystals and metal-dispersed materials

  • 사업명

    21세기프론티어연구개발사업

  • 과제명

    비공유 결합을 이용한 분자 결정 구조 및 금속이 분산된 고분자 수소저장 물질 설계

  • 주관연구기관

    포항공과대학교
    Pohang University of Science and Technology

  • 연구책임자

    지승훈

  • 참여연구자

    박노정   홍석륜   김규봉   최선명   김진웅   김재민   송재훈   류정아   임석호   이지화   김태승   ...  

  • 보고서유형

    2단계보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2009-05

  • 과제시작년도

    2007

  • 주관부처

    과학기술부

  • 사업 관리 기관

    한국과학재단
    Korea Science and Engineering Foundtion

  • 등록번호

    TRKO201000012232

  • 과제고유번호

    1355048929

  • 키워드

    금속분산.분자결정.나노구조.전산모사.비해리흡착.metal dispersion.molecular crystals.nanosturctures.quantum simulation.non-dissociative adsorption.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    Developing the technology of production, storage, and transport of hydrogen will be essential to secure stable energy supply and ...

    Developing the technology of production, storage, and transport of hydrogen will be essential to secure stable energy supply and for national competitiveness. Especially, the hydrogen storage technology is an essential element of hydrogen energy research as it is a technology connecting hydrogen production and usage. Research of hydrogen storage is an interdisciplinary study that requires both the understanding the mechanism of hydrogen adsorption and the synthesis of materials and thus needs a multiyear support. Recently, there are great interests in hydrogen storage utilizing ionized metals. The binding strength between hydrogen and ionized metals is in between physisoprtion and chemisorption and has a character of non-covalent bonding. The binding energy in principle is suitable for room-temperature hydrogen storage. The key step in this approach is to develop 3D porous structures that can hold ionized metal atoms stably. Carbon nanotubes, fullerenes, and polymers were proposed as such supporting materia,but they have not been proved in experiment. The clustering of metal ions was suggested as an origin of the failure. The solution of such problem will be an essential step for hydrogen storage research based on metal dispersion. The objective of this research is to develop stable 3D porous structures and to verify the mechanism of metal dispersion.
    The hydrogen adsorption and metal dispersion in 2D carbon structures is studied using quantum mechanical calculations. The optimal condition of adsorption and dispersion is obtained by calculating the binding energy and the number of hydrogen molecules adsorbed. The binding energy of transition metals is calculated on defect sites created by substituting carbon by boron, nitrogen or oxygen. Our study is the first systematic calculation of metal binding energy that depends on the defect concentrations. The adsorption characteristics of hydrogen on such metal atoms is also calculated. It is found that the metal binding energy should be at least comparable to or larger than the metal cohesive energy. The optimal condition of metal dispersion and hydrogen adsorption is proposed based on such calculations. The stability of 3D porous structures is suggested by investigating their total energy.


    ? 분자 결정 및 비결정 물질과 금속 분산된 나노 구조 물질 연구의 원천기술 확보
    ? 비공유 결합을 이용한 비해리 수소 저장 방식의 이론적 근거 제시
    ? 최초로 화학 치환법 (붕소 및 질소)을 이용하여 최적화된 단위 분자...

    ? 분자 결정 및 비결정 물질과 금속 분산된 나노 구조 물질 연구의 원천기술 확보
    ? 비공유 결합을 이용한 비해리 수소 저장 방식의 이론적 근거 제시
    ? 최초로 화학 치환법 (붕소 및 질소)을 이용하여 최적화된 단위 분자체 (코로닌 분자 및 유사 분자) 설계
    ? 금속 분산의 최적화 조건 제시와 금속 엉김 방지의 물리 화학적 메커니즘을 세계 최초로 제시
    ? 전이 금속이 효율적으로 분산된 보론 도핑된 다공성 3차원 흑연구조 모형을 세계최초로 제시
    ? 알카로토금속의 수소 흡착 메커니즘을 세계 최초로 제시
    ? 양자 전산 모사를 통한 신물질 설계의 효율성 및 독창성을 입증
    ? 나노튜브, 플러린, 폴리머 등의 금속 분산제의 문제점을 해결함으로써 비해리 수소 저장 방식의 가능성을 입증하는 데에 기여
    ? 활성탄과 같은 값싸고 조작이 쉬운 물질을 이용한 수소 저장체 개발
    ? 금속 분산 및 엉김 방지에 대한 모형 제시와 금속-수소 결합 비율 최적화 제시로 금속 분산을 이용한 비해리 수소 저장법에 대한 이론적 표준 제시
    ? 알카리 토금속의 수소흡착 메커니즘을 밝혀 신물질 설계의 토대 구축


  • 목차(Contents) 

    1. 표지...1
    2. 제출문 ...3
    3. 보고서 초록 ...4
    4. 요약문 ...5
    5. Summary...7
    6. CONTENTS...9
    7. 목차 ...10
    8. 제1장 연구개발과제의 개요 ...11
    9. 제1절 연구개발의 목적과 필요성...11
    10. 제2절 연구개발의 목...
    1. 표지...1
    2. 제출문 ...3
    3. 보고서 초록 ...4
    4. 요약문 ...5
    5. Summary...7
    6. CONTENTS...9
    7. 목차 ...10
    8. 제1장 연구개발과제의 개요 ...11
    9. 제1절 연구개발의 목적과 필요성...11
    10. 제2절 연구개발의 목표...13
    11. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...14
    12. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...18
    13. 제1절 연구 내용 및 방법...18
    14. 제2절 연구결과...21
    15. 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...33
    16. 제1절 1차년도 (2006.5.1~2007.3.31)...33
    17. 제2절 2차년도 (2007.4.1~2008.3.31)...37
    18. 제3절 3차년도 (2008.4.1~2009.3.31)...39
    19. 제4절 2단계 종합 (2006.5.1~2009.3.31)...41
    20. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...43
    21. 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...44
    22. 제7장 참고문헌 ...45
  • 참고문헌

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