• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.11a
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• pp.213-216
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• 2007

PEMFC의 전기화학적 반응은 촉매, 이오노머, 기공이 만나는 삼상계면에서만 일어나므로, 전극 구조의 최적화가 성능 향상 및 장기안정성 확보에 있어 매우 중요하다. 본 연구에서는 전극 미세구조를 실시간으로 분석하기 위해 임피던스 복소캐패시턴스법을 도입하고자 하였다. 즉, PEMFC의 양극에 질소를 공급하면 0.4 V 부근에서 전기이중층 형성 반응만이 일어나는 것을 확인하였으며, 이때 음극에는 수소를 공급하여 기준전극 및 반대전극으로 사용하였다. 측정된 임피던스를 복소캐패시턴스로 변환하고 허수부를 주파수에 대해 도시하면 피크 형태의 곡선이 얻어지는데, (1) 피크 면적은 전극/전해질의 계면면적, (2) 피크 위치는 이오노머 네트워크에 의한 수소이온 전도 특성, (3) 피크 폭은 다공성 구조의 균일도를 각각 나타내므로, 피팅 없이 직접적인 해석이 가능하다는 장점을 가진다. 반면, 기존의 Nyquist 도시법은 피팅에 의한 분석이 필요하며, 전극층의 불균일한 구조로 인해 단순한 등가회로 구성이 어려운 문제점을 가진다. 최종적으로, MEA 제작 조건 및 운전 조건을 변수로 하여 임피던스를 측정하고 복소캐패시턴스 분석을 수행하여, 퇴화 경로를 규명하고 운전 조건을 최적화하고자 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.615-615
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• 2013

탄소나노튜브(carbon nanotubes; CNT)는 강철보다 10~100배 견고할 뿐만 아니라 영률과 탄성률 은 각각 1.8 TPa, 1.3 TPa에 달하는 매우 우수한 기계적 강도를 지니고 있으며, 구리보다 좋은 전기 전도도와 다이아몬드의 2배에 이르는 열전도도를 지닌 물질이다. 이러한 탄소나노튜브의 우수한 특성을 이용하여 나노섬유, 고분자-탄소나노튜브의 고기능 복합체, 나노소자, 전계방출원(field emitter), 가스센서 등 다양한 분야로의 활용을 위한 연구가 진행되고 있다. 특히, 수백 ${\mu}m$ 이상의 길이로 수직 성장된 탄소나노튜브(VA-CNTs)의 합성은 길이 대 직경의 비(aspect ratio)가 비약적으로 증가하여 앞서 언급한 분야로의 활용이 더욱 유리하며, 그 중에서도 대량 생산, 나노섬유 및 나노복합체로서의 활용에 극히 유용하다. 최근에는 열 화학기상증착(thermal chemical vapor deposition; TCVD)법을 이용하여 탄소나노튜브의 구조를 제어하는 연구들이 많이 보고되고 있다. 열 화학기상증착을 이용한 수직 정렬된 탄소나노튜브의 합성에서 합성조건의 변화는 탄소나노튜브의 길이, 벽의 수, 직경, 결정성 등 구조에 큰 영향을 미친다. 탄소나노튜브는 이러한 구조에 따 라 물리적 특성이 달라지기 때문에 다양한 분야로의 응용을 위해서는 합성에 대한 근본적인 이해 가 절실히 요구된다. 본 연구에서는 열 화학기상증착법을 이용한 합성에서 성장압력의 변화에 따른 탄소나노튜브의 구조적 특성을 조사하였다. 성장압력의 변화는 탄소나노튜브의 밀도, 길이, 결정성에 큰 영향을 미치는 것을 주사전자현미경과 라만분광법을 이용하여 확인하였다. 이러한 결과 는 탄소나노튜브 박막(CNT forest)의 가장자리(edge)에 비정질 탄소(amorphous carbon)의 흡착으로 인한 나노튜브사이의 간격(intertube distance)이 좁아짐에 따른 가스공급 차단 효과로 설명이 가능 하다. 또한, 마이크로웨이브 플라즈마 화학기상증착법을 이용하여 탄소나노튜브를 합성하였다. 합성과정 중 산소(O2)를 주입 하였을 경우, 그렇지 않은 경우에 비하여 성장 속도가 증가하여 3시간 합성 시 2 mm가 넘는 수직 정렬된 탄소나노튜브를 합성 할 수 있었다. 이러한 결과는 과잉 공급 되어 탄소나노튜브로 합성되지 못하고 촉매금속의 표면과 탄소나노튜브의 벽에 비정질의 형태로 붙어있는 탄소 원자들을 추가 주입해 준 산소에 의하여 CO 또는 CO2 형태로 제거해 줌으로써 활성화된 촉매금속의 반응 시간을 향상 시켜주어 탄소공급이 원활하게 이루어졌기 때문이라 생각된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.24-50
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• 2017

최근 수퍼 컴퓨터 성능과 소프트 엔지니어링의 비약적인 발달에 힘입어, 제일원리에 기반한 전산재료과학분야에 혁신이 일어나고 있다. 빅 데이터 (Big Data) 관리와 소재 게놈학 (Materials Genome Project) 분야는 그 대표적인 사례이다. 본 발표는 나노입자의 가장 큰 매력인 높은 부피대비 표면적을 이용한 다양한 화학반응성을 고양하는 연구를 소개한다. 신재생에너지 시스템용 전기촉매, 리튬이온전지 전극 및 전해질, 원자력의 사용후 핵연료 재활용, 인체 유해화합물 제거용 소재 개발 등을 중심으로 그 성공적인 방법론을 제공한다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.422-422
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• 2008

본 연구에서, 금 촉매가 4nm 증착된 GaN/$Al_2O_3$ 기판위에 nanowire와 nanowall과 같은 ZnO 나노구조물을 화학기상증착법을 이용하여 합성시켰다. 합성된 ZnO 나노구조물의 형상은 성장시간과 성장온도 조작을 통하여 제어하였다. 합성된 ZnO 나노구조물의 협상을 관찰하기 위해, 전계방출 주사전자현미경을 측정하였다. ZnO 나노구조물은 성장 온도가 $1000^{\circ}C$에서 $1100^{\circ}C$로 증가함에 따라 불균일한 막, nanowire, nanowall 형태로 형상이 점차적으로 변하였으며, 또한 각각의 성장온도에서 성장 시간이 증가함에 따라 나노와이어의 성장이 두드러지게 나타났다. 또한 합성된 ZnO 나노구조물의 결정성과 광학특성을 X-ray diffraction pattern과 상온 photoluminescence spectrum을 이용하여 각각 분석하였다. 이룰 통하여 합성된 ZnO 나노구조물은 wurzite 결정구조를 가지며, 380nm 영역에서 near band edge emission 에 의한 발광 peak와 500~550nm 영역에서 deep level emission에 의한 발광 peak이 나타나는 것을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.50 no.2
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• pp.229-237
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• 2012

Phosphorus was incorporated into Co/$Al_2O_3$ catalyst for FTS by impregnating an acidic precursor, phosphoric acid, in ${\gamma}-Al_2O_3$ support to improve the mechanical strength, the hydrothermal stability of the catalyst particle, and the catalytic performance as well. Surface characterization techniques such as FT-IR revealed that $AlPO_4$ phase was generated on the surface of the P-modified catalyst. The addition of phosphorus was found to alleviate the interaction between cobalt and alumina surface, and to increase reducibility of catalyst. The catalytic activity such as $C_{5+}$ productivity and turnover frequency (TOF) was calculated to evaluate catalytic performance. The influence of calcination temperature of the $Al_2O_3$ containing 2 wt.% P on the catalytic performance was also investigated. Through hydrothermal stability test and XRD analysis, the P-modified catalyst had strong resistant to the pressurized and hot $H_2O$. The mechanical strength of the P-modified catalyst was also examined through an in-house fluidized-bed vessel, and it was found that the catalyst fragmentation could be successfully suppressed with P. Taken as a whole, the best performance was shown to be at 1~2 wt.% P in alumina and at the calcination temperature of $500^{\circ}C$.

• Membrane Journal
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• v.29 no.3
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• pp.173-182
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• 2019

Much research has been made for finding new and eco-friendly alternative sources of energy to solve the problems related with the pollution caused by emissions of greenhouse gases such as carbon dioxide as the use of fossil fuels increases worldwide. Among them, fuel cells draws particular interests as an eco-friendly energy generator because only water is obtained as a by-product. Anion exchange membrane-based alkaline fuel cell (AEMFC) that uses anion exchange membrane as an electrolyte is of increased interest recently because of its advantages in using low-cost metal catalyst unlike the PEMFC (potton exchange membrane fuel cell) due to the high-catalyst activity in alkaline conditions. The main properties required as an anion exchange membrane are high hydroxide conductivity and chemical stability at high pH. Recently we reported a chemically crosslinked poly(2-dimethyl-1,4-phenylene oxide) (PPO) by reacting PPO with N,N,N',N'-tetramethyl-1,6-hexanediamine as novel anion exchange membranes. In the current work, we further developed the same crosslinked polymer but having enhanced physicochemical properties, including higher conductivity, increased mechanical and dimensional stabilities by using the PPO with a higher molecular weight and also by increasing the crosslinking density. The obtained polymer membrane also showed a good cell performance.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.50 no.4
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• pp.702-707
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• 2012

During the last few decades, toxic chemicals used in various industries have caused global pollution and the side products such as carbon dioxide and methane gas have contributed to global warming. Thus, it is desirable to develop new alternative solvents. It is well known that ionic liquids display a variety of environmentally friendly physical properties: nonvolatile, nonflammable, wide electrochemical windows, high inherent conductivities, wide thermal operating ranges, chemically inert, and limited miscibilities with organic solvents. Because of these characteristics, ionic liquids are promising candidates as solvents for synthetic chemistries, catalysis, and gas separations. In this study, we synthesized morpholiunium salts as N-ethyl-N-methylmorpholine Bromide, N-butyl-N-methylmorpholine Bromide, N-octyl-N-methylmorpholine Bromide, N-ethyl-N-methylmorpholine Tetrafluoroborate, N-butyl-N-methylmorpholine Tetrafluoroborate, N-octyl-N-methylmorpholine Tetrafluoroborate, N-ethyl-N-methylmorpholine Hexafluorophosphate, N-butyl-N-methylmorpholine Hexafluorophosphate, and N-octyl-N-methylmorpholine Hexafluorophosphate. The melting points, decomposition temperatures and electrochemical stabilities of the salts were measured by DSC, TGA, and CV, respectively. The salts with halide anion showed high melting points ($150{\sim}200^{\circ}C$), low decomposition temperatures ($200{\sim}230^{\circ}C$), narrow electrochemical stabilities (3.4~3.6 V). The synthesized salts with inorganic anions, on the other hand, presented low melting point ($50{\sim}110^{\circ}C$), high decomposition temperatures ($250{\sim}380^{\circ}C$), wide electrochemical stabilities (6.1~6.3 V). We also found that the properties depend on the length of the carbon chain.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.19 no.1
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• pp.699-704
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• 2018

One-dimensional nanostructures have attracted increasing attention because of their unique electronic, optical, optoelectrical, and electrochemical properties on account of their large surface-to-volume ratio and quantum confinement effect. Vertically grown nanowires have a large surface-to-volume ratio. The vapor-liquid-solid (VLS) process has attracted considerable attention for its self-alignment capability during the growth of nanostructures. In this study, vertically aligned silicon oxide nano-pillars were grown on Si\$SiO_2$(300 nm)\Pt substrates using two-zone thermal chemical vapor deposition system via the VLS process. The morphology and crystallographic properties of the grown silicon oxide nano-pillars were investigated by field emission scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The diameter and length of the grown silicon oxide nano-pillars were found to be dependent on the catalyst films. The body of the silicon oxide nano-pillars exhibited an amorphous phase, which is consisted with Si and O. The head of the silicon oxide nano-pillars was a crystalline phase, which is consisted with Si, O, Pt, and Ti. The vertical alignment of the silicon oxide nano-pillars was attributed to the preferred crystalline orientation of the catalyst Pt/Ti alloy. The vertically aligned silicon oxide nano-pillars are expected to be applied as a functional nano-material.

• Clean Technology
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• v.10 no.1
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• pp.9-17
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• 2004

Direct methanol fuel cell(DMFC) with proton exchange membrane (PEM) has advantages over the conventional power source (e.g. vehicle). DMFC, however, has a problem to be solved such as methanol crossover, high anodic overpotential and limiting current density, etc. The physicochemical phenomena in DMFC can be described by coupled PDEs (partial differential equations), which can be solved by a PDE solver. In this paper, we utilized a commercial software FEMLAB to solve the PDEs. The FEMLAB is one of the software programs available which are developed as a solver for building physics problems based on PDEs and is designed to simulate systems of coupled PDEs which may be 1D, 2D, 3D, non-liner and time dependent. We performed simulation using the Tafel equation as an electrochemical reaction model to analyze methanol concentration profile in DMFC system. We confirm that the rapid decrease of methanol concentration at anodic catalyst layer with the increase of the current density is a main reason of the low performance in DMFC through simulation results.

• Clean Technology
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• v.18 no.4
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• pp.355-359
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• 2012

For effectively photochemical hydrogen production, Ti ions (0.01, 0.10, 0.50 mol%) impregnated $WO_3$ ($Ti/WO_3$) nanometer sized particles were prepared using a impregnation method as a photocatalyst. The characteristics of the synthesized $Ti/WO_3$ photocatalysts were analyzed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), photoluminescence spectra (PL), atomic force microscope (AFM), and electrostatic force microscope (EFM). The evolution of $H_2$ from methanol/water (1/1) photo-splitting over $Ti/WO_3$ photocatalysts was enhanced compared to those over pure $TiO_2$ and $WO_3$ photocatalysts; 3.02 mL of $H_2$ gas was evolved after 8 h when 0.5 g of a 0.10 mol% $Ti/WO_3$ catalyst was used.