지르코늄 사붕수소화물 $(Zr(BH_4)_4)$ 의 수소방출특성에 관한 연구

Abstract

지르코늄 사붕수소화물은 저온에서 수소방출이 가능한 유망한 수소저장물질이다. 그러나 지금까지 지르코늄 사붕수소화물은 여러 화학반응에 환원제로 사용될 목적을 갖고 연구되었을 뿐 수소저장재료로 연구된 적은 없다. 본 논문에서는 지르코늄 사붕수소화물이 수소저장재료로 사용될 수 있는지에 관한 가능성을 타진하고 이 물질을 이용하여 수소저장매체를 개발하는 데 필요한 배경지식을 제공하기 위하여 지르코늄 사붕수소화물을 합성하고 합성여부에 대해 X선 회절분석과 라만분광분석을 통해 알아보았으며 TPD(temperature programmed desorption)를 사용하여 지르코늄 사붕수소화물의 온도에 따른 수소방출특성을 분석하고, 제일원리 양자역학 전산모사를 이용하여 원자수준에서 수소가 방출되는 메카니즘을 알아보았다. 지르코늄 사붕수소화물을 313K에서 수소를 방출하기 시작하여 373K에서 가장 많은 수소를 방출하고 지르코늄 수소화물로 변한다. 이후 373~453K의 온도구간에서 생성되었던 지르코늄 수소화물이 다시 지르코늄과 수소로 분해되면서 수소를 방출한다. 지르코늄 사붕수소화물이 분해되는 메카니즘이 위와 같으므로 이를 적절히 잘 조절하면 지르코늄 사붕수소화물을 수소저장재료로 사용할 수 있다고 여겨진다.