Hydrogen permeation through dense palladium-based membranes has attracted the attention of many scientists largely due to their unmatched potential as hydrogen-selective membranes for membrane reactor applications. Although it is well known that the permeation mechanism of hydrogen through Pd involves various processes such as dissociative adsorption, transitions to and from the bulk Pd, diffusion within Pd, and recombinative desorption, it is still unclear which process mainly limits hydrogen permeation at a given temperature and hydrogen partial pressure. In this study, we report an all-electron density-functional theory study of hydrogen permeation through Pd membrane (using VASP code). Especially, we focus on the variation of the energy barrier of the penetration process from the surface to the bulk with hydrogen coverage, which means the large reduction of the fracture stress in the brittle crack propagation considering Griffith's criterion. It is also found that the penetration energy barrier from the surface to the bulk largely decreases so that it almost vanishes at the coverage 1.25, which means that the penetration process cannot be the rate determining process.
Functionalization of zigzag graphene nanoribbon (ZGNR) segment containing 120 C atoms with pyridine (3NV-ZGNR) defects was investigated on the basis of density-functional theory (DFT) calculations, results show that edge-modified ZGNRs by Sc can adsorb multiple hydrogen molecules in a quasi-molecular fashion, thereby can be a potential candidate for hydrogen storage. The stability of Sc functionalization is dictated by a strong binding energy, suggesting a reduction of clustering of metal atoms over the metal-decorated ZGNR.
The thermal behavior of $NiFe_2O_4$ prepared by a solid-state reaction was investigated for $H_2$ generation by the thermochemical cycle. The reduction of $NiFe_2O_4$ started from $800^{\circ}C$, and the weight loss was 0.2-0.3 wt% up to $1000^{\circ}C$. In the $H_2O$ decomposition reaction, $H_2$ was generated by oxidation of reduced $NiFe_2O_4$. The crystal structure of $NiFe_2O_4$ maintained during the redox reaction of 5 cycles. From this observation, the lattice oxygen in $NiFe_2O_4$ is released without the structural change during the thermal reduction and oxygen deficient $NiFe_2O_4$ can be restored to the spinel structure of $NiFe_2O_4$.
In the present study, the combustion characteristics of methane and hydrogen-supplemented methane as alternative fuels for automotive vehicles were investigated at various hydrogen substitution rate, ignition position and ignition methods in a CVCC. As a result, it is possible to decrease the total burning time and to obtain the reduction of NO concentration by using MSCDI device under the lean mixture conditions without deteriorating combustion characteristics such as combustion efficiency, maximum combustion pressure etc.. And by mixing hydrogen into methane, it was found that the reduction of the total burning time was obtained, in comparison with the use of methane only ; and at the same time, the combustion promotion rate was improved remarkably in comparison with the use of methane only.
The potential application of ultrafine cerium oxide (ceria, $CeO_2$) as an oxygen gas sensor has been investigated. Ceria was synthesized by a thermochemical process: first, a precursor powder was prepared by spray drying cerium-nitrate solution. Heat treatment in air was then performed to evaporate the volatile components in the precursor, thereby forming nanostructured $CeO_2$ having a size of approximately 20 nm and specific surface area of 100 $m^2/g$. After sintering with loosely compacted samples, hydrogen-reduction heat treatment was performed at 773K to increase the degree of non-stoichiometry, x, in $CeO_{2-x}$. In this manner, the electrical conductivity and oxygen-response ability could be enhanced by increasing the number of oxygen vacancies. After the hydrogen reduction at 773K, $CeO_{1.5}$ was obtained with nearly the same initial crystalline size and surface. The response time $t_{90}$ measured at room temperature was extremely short at 4 s as compared to 14 s for normally sintered $CeO_2$. We believe that this hydrogen-reduced ceria can perform capably as a high-performance oxygen sensor with good response abilities even at room temperature.
The two-step water splitting thermochemical cycle is composed of the T-R (Thermal Reduction)and W-D (Water Decomposition)steps. The mechanism of this cycle is oxidation-reduction, which produces hydrogen. The reaction temperature necessary for this thermochemical cycle can be achieved by a dish-type solar thermal collector (Inha University, Korea). The purpose of this study is to validate a water splitting device in the field. The device is studied and fabricated by Kodama et al (2010, 2011). The validation results show that the foam device, when loaded with $NiFe_2O_4/m-ZrO_2$powder, was successfully achieved hydrogen production with 9 (10 with a Xe-light solar simulator, 2009, Kodama et al.) repeated cycles under field conditions. Two foam device used in this study were tested for validation before an experiment was performed. The lab scale ferrite-conversion rate was in the range of 24~76%. Two foam devices were designed to for structural stability in this study. In the results of the experiments, the hydrogen percentage of the weight of each foam device was 7.194 and $9.954{\mu}mol\;g^{-1}$ onaverage, and the conversion rates 4.49~29.97 and 2.55~58.83%, respectively.
The effect of non-metallic inclusions on the HAZ hydrogen induced cracking was investigated. Quench and temper high tensile strength steels containing various sulphur contents were employed. The sulphur contents range between 0.007% and 0.040%. Non-metallic inclusions were mainly MnS type sylphide and Mn-Al-Si type. The sensitivity of HAZ delayed cracking was evaluated by implant testing. Diffusible hydrogen content was varied by controlling the moisture absorbing condition of manual arc welding electrodes. The one was asreceived condition, the other was dipping the electrodes in the water for ten minutes. The main results obtained were as follows; 1) The results of implant test showed that critical stress increased with increasing S content up to 0.013%. But steel containing 0.040%S showed lower critical stress than that of 0.013% S. These result suggest that there will be optimum S content to prevent HAZ delayed cracking of high strength steels. 2) Under the lower D.H.C. level, critical stress was increased with rolling reduction, but higher D.H.C. level, effect of rolling reduction was not recognized.
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.
Kim, Mun-Ki;Han, Jeong-Jae;Yoon, Sang-Wook;Yoon, Young-Bin
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.10
no.1
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pp.13-19
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2005
Measurements of flame length and NOx emissions have been conducted to investigate the effects of acoustic excitation on flame structure in turbulent hydrogen diffusion flames with coaxial air. When the acoustic excitation of a specific frequency is applied to coaxial air stream, flame length is dramatically reduced, resulting in reduction of flame residence time. Consequently, EINOx could decrease up to 35 % and this shows that acoustic excitation is effective in reducing NOx emissions. Mie scattering technique has been used to visualize the vortex structure induced by acoustic excitation and vortex formation, development and destruction were observed quantitatively. As a result, vortex entrains coflow air into fuel stream and mixing rate between fuel and air is significantly enhanced, which may contribute to reduction of NOx emissions.
We studied the electrochromic properties of hydrated amorphous ruthenium oxide ($RuO_2{\cdot}xH_2O$) thin films using in-situ Raman spectroscopy during electrochemical charging/discharging cycles. We have found that the principal effect of hydrogen insertion into $RuO_2{\cdot}xH_2O$ is reduction of $Ru^{4+}\;to\;Ru^{3+}$, and not formation of new bonds involving hydrogen. We compared the changes in the Raman spectrum of a gasochromic $Pd/RuO_2{\cdot}xH_2O$ film as it is exposed to hydrogen gas with that of electrochemical hydrogen insertion. We tested the changes in the optical transmission of the $Pd/RuO_2{\cdot}xH_2O$ film when exposed to hydrogen gas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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