Pt-loaded carbon black for the catalyst of a PEM fuel cell was synthesized with different molar ratios of polyvinylpyrrolidone and $H_2PtCl_6$ solution to improve the dispersion of Pt nanoparticles on carbon black and decrease the size of Pt nanoparticles. From transmission electron microscopy results, Pt nanoparticles of a size of approximately 2 nm were highly dispersed when the polyvinylpyrrolidone concentration was 10mM. The electrochemical activity of the synthesized Pt/C catalysts was investigated by cyclic voltammetry, showing that the as-synthesized Pt-loaded carbon black catalyst had the best activity at a polyvinylpyrrolidone concentration of 10 mM.
Nano-sized ${\beta}$-SiC nanoparticles were synthesized combined with a sol-gel process and a carbothermal process. TEOS and carbon black were used as starting materials for the silicon source and carbon source, respectively. $SiO_2$ nanoparticles were synthesized using a sol-gel technique (Stober process) combined with hydrolysis and condensation. The size of the particles could be controlled by manipulating the relative rates of the hydrolysis and condensation reactions of tetraethyl orthosilicate (TEOS) within the micro-emulsion. The average particle size and morphology of synthesized silicon dioxide was about 100nm and spherical, respectively. The average particles size and morphology of the used carbon black powders was about 20nm and spherical, respectively. The molar ratio of silicon dioxide and carbon black was fixed to 1:3 in the preparation of each combination. $SiO_2$ and carbon black powders were mixed in ethanol and ball-milled for 12 h. After mixing, the slurries were dried at $80^{\circ}C$ in an oven. The dried powder mixtures were placed in alumina crucibles and synthesized in a tube furnace at $1400{\sim}1500^{\circ}C$ for 4 h with a heating rate of $10^{\circ}C$/min under flowing Ar gas (160 cc/min) and furnace cooling down to room temperature. SiC nanoparticles were characterized by XRD, TEM, and SAED. The XRD results showed that high purity beta silicon carbide with excellent crystallinity was synthesized. TEM revealed that the powders are spherical shape nanoparticles with diameters ranging from 15 to 30 nm with a narrow distribution.
High viscosity carbon black dispersions are used in various industrial fields such as color cosmetics, rubber, tire, plastic and color filter ink. However, carbon black particles are unstable to heat due to inherent characteristics, and it is very difficult to keep the quality of the product constant due to agglomeration of particles. In general, particle size analysis is performed by dynamic light scattering (DLS) during the dispersion process in order to select the optimum dispersant in the carbon black dispersion process. However, the existing low viscosity analysis provides reproducible particle distribution analysis results, but it is difficult to select the optimum dispersant because it is difficult to analyze the reproducible particle distribution at high viscosity. In this study, dynamic light scattering (DLS) and asymmetrical flow field-flow fractionation (AsFlFFF) analysis methods were compared for reproducible particle size analysis of high viscosity carbon black. First, the stability of carbon black dispersion was investigated by particle size analysis by DLS and AsFlFFF according to milling time, and the validity of analytical method for the selection of the optimum dispersant useful for carbon black dispersion was confirmed. The correlation between color and particle size of particles in high viscosity carbon black dispersion was investigated by using colorimeter. The particle size distribution from AsFlFFF was consistent with the colorimetric results. As a result, the correlation between AsFlFFF and colorimetric results confirmed the possibility of a strong analytical method for determining the appropriate dispersant and milling time in high viscosity carbon black dispersions. In addition, for nanoparticles with relatively broad particle size distributions such as carbon black, AsFlFFF has been found to provide a more accurate particle size distribution than DLS. This is because AsFlFFF, unlike DLS, can analyze each fraction by separating particles by size.
Pt-Fe/carbon black nanocatalysts were prepared by spontaneous reduction reaction of Platinum(II) acetylacetonate and Iron(II) acetylacetonate in a nucleophilic solvent and they were characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray analyzer (EDS), thermogravimetric analyzer (TGA), transmission electron microscopy (TEM), Brunauer, Emmett and Teller (BET) surface area analysis and anion exchange membrane (AEM) water electrolysis test station. The distribution of the Pt and Fe nanoparticles on carbon black was observed by TEM, and the loading weight of Pt-Fe nanocatalysts on the carbon black was measured by TGA. Elemental ratio of Fe:Pt was estimated by EDS and it was found that elemental ratio of Pt and Fe was changed in the range of 1:0 to 0:1, and the loading weight of Pt-Fe nanoparticles on the carbon black was 5.95-6.78 wt%. Specific surface area was greatly reduced because Pt-Fe nanocatalysts blocked the pores. I-V characteristics were estimated.
In order to study the semi-conductive characteristics of carbon black-filled ethylene-propylene-diene monomer (EPDM) composite film, which is used for measuring occlusal force, composite samples with volume ratios of carbon black to EPDM ranging from 30% to 70% were prepared. The process of making a composite film consists of two steps, which involve the preparation of a slurry composition and the fabrication of a thin film using solution casting and a lamination process. To prepare the slurry composition, we dispersed carbon black nanoparticles into an organic solvent before mixing with an EPDM solution in toluene. The mechanical and electrical properties of the resulting carbon black-filled EPDM film were then investigated, and the results showed that the electrical resistance of a film decreases with the increase in the carbon black content. Furthermore, improved elastic recovery was observed after cross-linking the EPDM.
Although a transparent conductive film (TCF) belongs to essential supporting materials for many device applications such as touch screens, flat panel displays, and sensors, a conventional transparent conductive material, indium-tin oxide (ITO), suffers from considerable drawback because the price of indium has soared since 2001. Despite a recent falloff, a demand of ITO is expected to increase sharply in the future due to the trend of flat panel display technologies toward flexible, paper-like features. There have been recently extensive studies to replace ITO with new materials, in particular, carbon nanotubes (CNTs) since CNTs possess excellent properties such as flexibility, electrical conductivity, optical transparency, mechanical strength, etc., which are prerequisite to TCFs. This study fabricated TCFs with single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) produced by arc discharge. The SWCNTs were dispersed in water with a surfactant of sodium dodecyl benzene sulfonate (NaDDBS) under sonication. Carbon black and fullerene nanoparticles were added to the SWCNT-dispersed solution to enhance contact resistance between CNTs. TCFs were manufactured by a filtration and transfer method. TCFs added with carbon black and fullerene nanoparticles were characterized by scanning electron microscopy (SEM), UV-vis spectroscopy (optical transmittance), and four-point probe measurement (sheet resistance).
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제15권4호
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pp.193-197
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2014
Si-carbon composites as anode materials for lithium rechargeable batteries were prepared simply by mixing Si nanoparticles with carbon black and/or graphite through a solution process. Si nanoparticles were well dispersed and deposited on the surface of the carbon in a tetrahydrofuran solution. Si-carbon composites showed more than 700 mAh/g of initial capacity under less than 20% loading of Si nanoparticle in the composites. While the electrode with only Si nanoparticles showed fast capacity fading during continuous cycling, Si-carbon composite electrodes showed higher capacities. The cycle performances of Si nanoparticles in composites containing graphite were improved due to the role of the graphite as a matrix.
Fe-Ni nanocatalysts loaded on carbon black were prepared via spontaneous reduction reaction of iron (II) acetylacetonate and nickel (II) acetylacetonate in dry process. Their morphology and elemental analysis were characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy (TEM), and energy dispersive X-ray analyzer. The loading weight of the nanocatalysts was measured by thermogravimetric analyze and the surface area was measured by BET analysis. TEM observation showed that Fe and Ni nanoparticles was well dispersed on the carbon black and their average particle size was 4.82 nm. The loading weight of Fe-Ni nanocatalysts on the carbon black was 6.83-7.32 wt%, and the value increased with increasing iron (II) acetylacetonate content. As the Fe-Ni loading weight increased, the specific surface area decreased significantly by more than 50%, because Fe-Ni nanoparticles block the micropores of carbon black. I-V characteristics showed that water electrolysis performance increased with increasing Ni nanocatalyst content.
Nanostructures consisting of $TiO_2$ particles as a core and carbon as a shell ($TiO_2$@C) were prepared by heat treatment of $TiO_2$ nanoparticles at high temperature in a methane atmosphere. X-ray diffraction and transmission electron microscopy showed that a carbon shell layer was formed well. These structures were used as supports for platinum nanoparticles and the hybrid particles exhibit improved catalytic activity and stability toward ORR compared to Pt on a carbon black (Vulcan XC-72R). It is likely that enhanced catalytic properties of the Pt on $TiO_2$@C could be due to the stability of the core-shell support in comparison with carbon black support.
Fe-Ni-Pt nanocatalysts were loaded on carbon black powders which were synthesized by a spontaneous reduction reaction of iron (II) acetylacetonate, nickel (II) acetylacetonate and platinum (II) acetylacetonate. The morphology and the loading weight of Fe-Ni-Pt nanoparticles were characterized by transmission electron microscopy and thermogravimetric analyzer. The amount of Fe-Ni-Pt catalyst supported on the carbon black surface was about 6.42-9.28 wt%, and the higher the Fe content and the lower the Pt content, the higher the total amount of the metal catalyst supported. The Brunauer-Emmett-Teller Analysis (BET) specific surface area of carbon black itself without metal nanoparticles supported was 233.9 m2/g, and when metal nanoparticles were introduced, the specific surface area value was greatly reduced. This is because the metal nanocatalyst particles block the pore entrance of the carbon black, and thereby the catalytic activity of the metal catalysts generated inside the pores is reduced. From the I-V curves, as the content of the Pt nanocatalyst increased, the electrolytic properties of water increased, and the activity of the metal nanocatalyst was in the order of Pt > Ni > Fe.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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