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| + | ◇ 루테늄 표면의 인장 변형에 따른 암모니아 합성의 활성 변화 파악 가능해 더 높은 암모니아 수득률을 가질 수 있는 촉매 개발 가능 | ||
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| + | ◇ DFT 계산을 통해 이론적인 시행착오 과정을 거쳐 실험적 cost 없이 높은 성능의 촉매를 개발할 수 있는 방향성을 제시 | ||
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| + | ◇ strain 영향에 대한 근본적인 이해도를 바탕으로 strain 효과가 필요한 다른 촉매에 적용하여 암모니아 합성이 아닌 다른 반응에도 연관 지어 효율적으로 촉매를 개발 및 연구할 수 있는 기반을 마련 | ||
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====경제적, 사회적 기대 및 파급효과==== | ====경제적, 사회적 기대 및 파급효과==== | ||
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2021년 12월 13일 (월) 02:10 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : Density functional theory 계산을 통한 루테늄의 표면 변형에 따른 암모니아 합성 반응 효율 연구
영문 : Effect of strain on Ru surfaces for ammonia synthesis using Density Functional Theory calculations
과제 팀명
Yoo group
지도교수
유종석 교수님
개발기간
2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 화학공학과 20183400** 이** (팀장)
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 민** (팀원)
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 박** (팀원)
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 신** (팀원)
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 이** (팀원)
서울시립대학교 화학공학과 20163400** 이** (팀원)
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
- DFT(Density Functional Theory) 계산을 통해 원자 단위에서 루테늄 표면 변형에 따른 암모니아 합성의 활성 파악.
- 루테늄 표면에 인장 변형을 걸어 변형에 따른 경향성을 파악하고 암모니아 합성에 어떤 영향을 미치는지 다방면에서 분석.
- 인장 변형으로 인한 영향들이 발생하는 이유를 표면의 전자 구조면에서 d-band를 분석해 근본적인 이유 탐색
- MKM(Microkinetic Modeling)을 통해 표면 변형에 따른 암모니아 수득률의 변화를 계산하고 이유 분석
개발 과제의 배경
암모니아는 비료 생산에 중요한 역할을 담당해 인구 성장에 큰 기여를 했고 현재에도 암모니아의 거의 80%가 비료 산업에 사용돼 전 세계 식량 보급에도 막대한 영향을 미침. [Fig 1] 또한, 최근에는 높은 수소 함량, 에너지 밀도, 간편한 저장 및 운송으로 carbon free energy carrier로 주목받음.
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개발 과제의 목표 및 내용
내용
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
내용
- 특허조사 및 특허 전략 분석
◇ Core shell catalyst
- US 특허
- 출원 번호: US8168561B2
- 출원 날짜: 2012년 5월 11일
- 출원인: Anil V. Virkar
- 요약
Core-shell 촉매의 core와 shell은 다른 물질로 이루어져 있어 각각 다른 lattice parameter와 crystal structure를 가진다. 이 때 core와 shell 사이의 interface에서 core의 영향으로 인해 shell 구성 금속이 단독으로 있을 때와 비교해 더 compressive하거나 tensile하게 된다.
◇ CATALYSIS FOR AMMONIA OXIDATION
- 유럽 특허
- 출원 번호: 20170001177
- 출원 날짜: 2017년 1월 5일
- 출원인: Christian Nagstrup Conradsen, Sine Ellemann Olesen, Debasish Chakraborty, Ib Chorkendorff
- 요약
암모니아 산화 촉매 성능 향상을 위해 bimetallic 촉매의 효과 및 제작 방법. 암모니아 산화 활성이 높은 금속에 활성이 낮은 금속을 올린 overlayer 형성을 통해 전체적인 촉매의 성능이 향상되는 것을 확인함.
◇ 루테늄 기반 암모니아 탈수소용 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 이용하여 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법
- 국내 특허
- 출원 번호: 1020180165486
- 출원 날짜: 2018년 12월 19일
- 출원인: 한국과학기술연구원
- 요약
루테늄(Ru) 기반의 암모니아 탈수소용 촉매로서, 금속 산화물 지지체 상에 담지된 루테늄(Ru)를 포함하는, 암모니아 탈수소용 촉매를 제공한다. 해당 암모니아 탈수소용 촉매는 높은 암모니아 변환율을 보일 수 있다.
◇ 현재 strain effect를 직접적으로 언급해 사용한 특허가 아닌 overlayer를 통한 촉매의 성능 향상과 관련한 특허들이 주로 출원되고 있음. 이처럼 지지체 위에 미세한 활성 물질 입자가 분산된 형태로 있는 담지촉매의 우수한 활성은 많이 주목받고 있음.
◇ 하지만 strain effect의 근원적 원인에 대한 해석에 대해서는 아직 다양한 특허가 출원되고 있지 않음.
◇ 따라서 strain effect의 활성 변화와 같은 결과 중심의 특허가 아닌 원자 단위에서의 시뮬레이션 방법을 통해 strain effect의 근본적 원인을 다양한 방면에서 분석해 파악하는 차별성을 두고자 함. 특히 원자 단위의 시뮬레이션 방식을 통한 분석은 촉매 물질에 가해진 strain effect의 특성을 더 면밀히 파악할 수 있도록 도와줄 것으로 예상함.
- 기술 로드맵
내용
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
◇ 루테늄 표면의 인장 변형에 따른 암모니아 합성의 활성 변화 파악 가능해 더 높은 암모니아 수득률을 가질 수 있는 촉매 개발 가능
◇ DFT 계산을 통해 이론적인 시행착오 과정을 거쳐 실험적 cost 없이 높은 성능의 촉매를 개발할 수 있는 방향성을 제시
◇ strain 영향에 대한 근본적인 이해도를 바탕으로 strain 효과가 필요한 다른 촉매에 적용하여 암모니아 합성이 아닌 다른 반응에도 연관 지어 효율적으로 촉매를 개발 및 연구할 수 있는 기반을 마련
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
