피치계 활성탄소섬유의 유해가스 감응특성을 알아보고자 피치계 활성탄소섬유와 폴리비닐알코올(PVA)을 이용하여 가스센서용 전극을 제조하였다. 제조된 가스센서용 활성탄소섬유 전극의 물리화학적 특성은 주사전자현미경(SEM) 및 비표면적 측정기(BET)를 이용하여 분석하였다. 또한, 전극의 유해가스 감응특성은 $NH_3$, NO 및 $CO_2$와 같은 여러 유독가스를 이용하여 확인하였다. 가스센서용 활성탄소섬유 전극의 비표면적은 바인더인 PVA에 의하여 활성탄소섬유보다 33% 감소하였지만, 전극의 기공크기분포는 PVA에 의하여 크게 영향을 받지 않았다. 가스센서용 활성탄소섬유 전극은 반도체 기반 가스센서와는 다르게 전자도약에 의해서 유해가스를 감응하였다. 본 연구에서, 활성탄소섬유 전극의 저항은 100 ppm의 $NH_3$ 유해가스에 대하여 7.5% 감소하였으며, 그 $NH_3$ 가스 감응특성이 다른 유해가스보다 뛰어남을 확인하였다.
웨어러블 디바이스용 유연 전극 소재 개발을 위해 탄소섬유 토우(carbon fibers tow)의 전처리에 따른 전기화학적 특성을 조사하고, 이를 활용하여 포도당을 타겟으로 전기화학적 비효소 센서를 제작하였다. 탄소섬유 토우는 탈사이징(desizing)과 활성화(activation) 공정을 통해 전처리 되었으며, 활성화는 화학적 산화와 전기화학적 산화의 두 가지 방법으로 이루어졌다. 전처리된 샘플은 주사전자 현미경(SEM)을 이용하여 표면 분석되었으며, 전기화학적 특성 및 센싱성능 분석은 시간대전류법와 순환전압 전류법, 전기화학 임피던스 분석법을 이용하여 수행되었다. 탄소섬유 토우는 전처리를 통해 감소된 Ret와 ΔEp, 증가된 Ip 등 향상된 전기화학적 특성을 보였으며, 두 활성화 방법에서는 유사한 전기화학적 특성이 얻어졌다. 본 연구에서는 전기화학센서 적용을 위해 전기화학적으로 활성화된 탄소섬유 토우를 최종 전극 물질로 선정하였다. 이 전극을 기반으로 제작된 비효소적 포도당 검출 센서는 0.09899~3.754 mM과 3.754~50 mM의 선형 구간에서 각각 0.744 mA/mM과 0.330 mA/mM 정도의 향상된 감도를 보였다. 본 연구를 통해 탄소섬유 토우의 전극 소재로서 사용 가능성을 확인했으며, 고성능 유연 전극 소재 개발에 기초 연구로 활용 가능할 것으로 기대된다.
This article is concerned with the overview of the activated carbon fibers. Firstly, this review provides a comprehensive survey of the overall processes for the synthesis of the activated carbon fibers from the carbonaceous materials. Subsequently, the physicochemical properties such as pore structures and surface oxygen functional groups of the activated carbon fibers were discussed in detail. Finally, as electrochemical applications of the activated carbon fibers to electrode materials for electric double-layer capacitor (EDLC), the electrochemical characteristics of the activated carbon fiber electrodes and the various methods to improve the capacitance and rate capability were introduced. In particular, the effect of pore length distribution (PLD) on kinetics of double-layer charging/discharging was discussed based upon the experimental and theoretical results in our work. And then we discussed in detail the applications of the activated carbon fibers to adsorbent materials for purification of liquid and gas.
본 연구에서는 적절한 반응 삼상 계면대를 형성하기 위해서 카본블랙과 활성 탄소섬유를 혼합하여 연료전지의 전극을 제조하고, 전극 삼상 계면대의 변화를 고찰하였다. 활성 탄소섬유의 직량비에 따른 백금의 담지량과 백금 입자크기는 각각 원자흡광분석기와 X-선 회절기를 사용하여 분석하였다. 또한 비표면적( $S_{BET}$), 미세기공도 및 기공크기분포(PSD)를 포함하는 전극의 기공구조는 BET를 이용하연 고찰하였으며, 주사전자현미경을 이용하여 전극 삼상 계면대의 형태를 관찰하였다. 실험 결과, 백금의 담지율은 활성 탄소섬유의 첨가에는 큰 영향을 받지 않았다. 반면에, 전극 삼상 계면대는 30% 활성 탄소섬유를 카본블랙에 첨가하였을 경우 더 향상되었는데 이는 촉매의 활성점을 제공하는 미세기공 영역이 증가하였기 때문으로 사료된다.다.
Raza, Aikifa;Wang, Jiaqi;Yang, Shan;Si, Yang;Ding, Bin
Carbon letters
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제15권1호
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pp.1-14
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2014
Carbon nanofibers (CNFs) with diameters in the submicron and nanometer range exhibit high specific surface area, hierarchically porous structure, flexibility, and super strength which allow them to be used in the electrode materials of energy storage devices, and as hybrid-type filler in carbon fiber reinforced plastics and bone tissue scaffold. Unlike catalytic synthesis and other methods, electrospinning of various polymeric precursors followed by stabilization and carbonization has become a straightforward and convenient way to fabricate continuous CNFs. This paper is a comprehensive and brief review on the latest advances made in the development of electrospun CNFs with major focus on the promising applications accomplished by appropriately regulating the microstructural, mechanical, and electrical properties of as-spun CNFs. Additionally, the article describes the various strategies to make a variety of carbon CNFs for energy conversion and storage, catalysis, sensor, adsorption/separation, and biomedical applications. It is envisioned that electrospun CNFs will be the key materials of green science and technology through close collaborations with carbon fibers and carbon nanotubes.
본 연구는 유/무기 나노복합체를 이용한 PAN계 탄소섬유 토우(PAN-based carbon fibers tow) 기반의 유연 전극 제작 및 이를 활용한 비효소 전기화학 센서 개발에 대한 것으로, 전도성 고분자 polyaniline (PANI)와 금속 산화물 CuO을 유/무기 나노복합체 소재로 사용하였으며 글루코스를 전기화학 센서 타겟으로 적용하였다. 전극 제작을 위해 시판된 CFT는 열처리를 통한 사이징(sizing) 제거와 전기화학적 산화에 의한 표면 활성화의 전처리 공정을 거쳐 사용되었다. 유/무기 나노복합체는 전기화학적 중합 및 증착법을 통해 전처리된 CFT 표면 위에 순차적으로 합성되어 최종 CFT/PANI/CuO NPs 전극이 제작되었다. CFT/PANI/CuO NPs 전극의 전기화학적 특성 및 센싱 성능은 시간대전류법와 순환전압 전류법, 전기화학 임피던스 분광법을 이용하여 분석되었다. CFT/PANI/CuO NPs 전극은 전도성 고분자과 금속 산화물의 접목에 의해 전기 전도도 향상 및 우수한 전자 전달, 감응시간 단축, 비표면적 증가 등 개선된 전기화학적 특성과 증가된 감도, 넓은 선형 농도 구간, 높은 선택도 등 향상된 글루코스 센싱 성능을 보였다.
The electrosorption of U(VI) from waste water was carried out by using an activated carbon fiber (ACF) felt electrode in a continuous electrosorption cell. In order to enhance the electrosorption capacity at a lower potential, the ACF was electrochemically modified in an acidic and a basic solution. Pore structure and functional groups of the electrochemically modified ACF were examined, and the effects of the modification conditions were studied for the adsorption of U(VI). Specific surface area of all the ACFs was decreased by this modification. The amount of the acidic functional groups decreased with a basic modification, while the amount increased a lot with an acidic modification. The electrosorption capacity of U(VI) decreased on the acid modified electrode due to the shielding effect of the acidic functional groups. The base modified electrode enhanced the capacity due to a reduction of the acidic functional groups. The electrosorption amount of U(VI) on the base modified electrode at .0.3 V corresponds to that of the as-received ACF electrode at .0.9 V. Such a good adsorption capacity was due to a reduction of the shielding effect and an increase of the hydroxyl ions in the electric double layer on the ACF surface by the application of negative potential.
Kang, Da Hee;Jo, Hanjoo;Jung, Min-Jung;Kim, Kyoung Hoon;Lee, Young-Seak
Carbon letters
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제27권
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pp.64-71
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2018
$TiO_2$-doped activated carbon fibers (ACFs) were successfully prepared as capacitive deionization (CDI) electrode materials by facile ultrasonication-assisted process. ACFs were treated with titanium isopropoxide (TTIP) and isopropyl alcohol solutions of different concentrations and then calcinated by ultrasonication without heat-treatment. The results show that a certain amount of anatase $TiO_2$ was present on the ACF surface. The specific capacitance of the $TiO_2$-doped ACF electrode was remarkably improved (by 93.8% at scan rate of $50mV\;s^{-1}$) over that of the untreated ACF electrode, despite decreases in the specific surface area and total pore volume upon $TiO_2$ doping. From the CDI experiments, the salt adsorption capacity and charge efficiency of the sample with TTIP percent concentration of 15% were found to considerably increase by 71.9 and 57.1%, respectively. These increases are attributed to the improved wettability of the electrode, which increases the number of surface active sites and facilitates salt ion diffusion in the ACF pores. Additionally, the Ti-OH groups of $TiO_2$ act as electrosorption sites, which increases the electrosorption capacity.
A pitch precursor for a general purpose carbon fiber was prepared by condensation of pyrolized fuel oil (petroleum residual oil) with bromine under nitrogen blowing. such a condensation raised the softening point of the pitch from 4$0^{\circ}C$ to $265^{\circ}$ with a yield of 43%. The pitch precurosr showed an enhanced aromaticity and enlarged molecular size, which led to a reduction in molecular mobility and optical isotropy. The precursor was spun into fibers of $20\mu\textrm{m}$ diameter at a take-up speed of 700m/min. The fiber was stepwise stabilized in air and carbonized in Ar gas to obtain an isotropic carbon fiber. The carbon fiber exhibited tensile strengths of 500-800 ㎫though the fiber was formed via a crude method. The electric conductivity of the carbon fiber was relatively high, 2.2$\times$$10^2$S/cm, sufficient to be used as electrode materials.
The anodic degradation of benzoquinone(BQ), a model compound for wastewater treatment was carried out using a home-made flow-through electrochemical cell with carbon fibers. To optimize the controlled current electrolysis condition of an aqueous BQ solution, the experimental variables affecting the degradation of BQ, such as the applying current, pH, reaction time, and flow rate of the BQ solution were examined. The degradation products of the oxidation reaction were identified by High Performance Liquid Chromatography and Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometer. Low molecular weight aliphatic acids, and CO2 were the major products in this experiment. The removal efficiency of BQ from the solution increased with the applying current and time. 99.23% of 1.0 × 10-2 M BQ was degraded to aliphatic acids and CO2 when the applying current is 175 mA in a 12 hr electrolysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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