Oh, Ji-Hwan;Jeon, Jong Hyun;Jeoung, Jaekwon;Ha, Kyoung-Su
Korean Chemical Engineering Research
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v.56
no.1
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pp.125-132
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2018
The direct synthesis of $C_2$ chemical directly from methane was studied by employing catalysts with ordered mesopores in a dielectric barrier discharge plasma reactor. The reaction was carried out using MgO/OMA (ordered mesoporous alumina), $MgO/{\gamma}-Al_2O_3$ and $MgO/{\alpha}-Al_2O_3$ as catalysts. When MgO/OMA was applied, it showed excellent performance in the plasma reactor using pulse-type power supply and the selectivity of $C_2$ chemicals was measured as 67%. The effects of metal oxide type, textural property of support, alumina phase and power supply type on catalytic performance were investigated especially in terms of $C_2$ chemical formation. BET (Brunauer, Emmett, Teller), X-ray diffraction, transmission electron microscope and thermogravimetric analysis were used to investigate the characterization of the catalyst before and after the reaction.
Kim, Eun Bee;Lee, Yoon Joo;Shin, Dong Geun;Kwon, Woo Teck;Kim, Soo Ryong;Kang, Mi Sook;Kim, Young Hee
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.51
no.6
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pp.544-548
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2014
Aluminum nitride was synthesized using a carbothermal method from mesoporous alumina having a high surface area (> $1,000m^2/g$) as an aluminum source and CNTs (carbon nano tubes) as a carbon source. In this case the mesoporous alumina was used as the starting material instead of ${\alpha}-Al_2O_3$ with the expectation that the mesopores in mesoporous alumina act as channels for N2 gas and elimination of CO generated as by-product. It is also expected that the synthetic temperature should be lower compared to the use of ${\alpha}-Al_2O_3$ as a starting material due to its high surface area. The crystallinity of the produced aluminum nitride was studied by XRD and FT-IR, and the microstructure was investigated by FE-SEM. Also the purity of the aluminum nitride was analyzed through N/O determinator and ICP analysis.
To improve the performance of carbon nanofibers as electrode material in electrical double-layer capacitors (EDLCs), we prepare three types of samples with different pore control by electrospinning. The speciments display different surface structures, melting behavior, and electrochemical performance according to the process. Carbon nanofibers with two complex treatment processes show improved performance over the other samples. The mesoporous carbon nanofibers (sample C), which have the optimal conditions, have a high sepecific surface area of $696m^2g^{-1}$, a high average pore diameter of 6.28 nm, and a high mesopore volume ratio of 87.1%. In addition, the electrochemical properties have a high specific capacitance of $110.1F\;g^{-1}$ at a current density of $0.1A\;g^{-1}$ and an excellent cycling stability of 84.8% after 3,000 cycles at a current density of $0.1A\;g^{-1}$. Thus, we explain the improved electrochemical performance by the higher reaction area due to an increased surface area and a faster diffusion path due to the increased volume fraction of the mesopores. Consequently, the mesoporous carbon nanofibers are demonstrated to be a very promising material for use as electrode materials of high-performance EDLCs.
Nanoparticles of the semiconductor catalyst $Cd_xZn_{1-x}S$ were embedded into the metal organic framework MIL-101(Cr) to obtain $Cd_xZn_{1-x}S@MIL-101$(Cr) nanocomposites. These materials not only possess high surface areas and mesopores but also show good utilization of light energy. The ultraviolet-visible diffuse reflectance patterns of $Cd_xZn_{1-x}S@MIL-101$(Cr) nanocomposites showed that $Cd_{0.8}Zn_{0.2}S@MIL-101$(Cr) possessed good visible light response ability among the synthesized nanocomposites. The photocatalytic performance of the $Cd_xZn_{1-x}S@MIL-101$(Cr) nanocomposites were tested via degradation and mineralization of methylene blue in neutral water solution under light irradiation using a 300W xenon lamp. As a result, using $Cd_{0.8}Zn_{0.2}S@MIL-101$(Cr) as a catalyst, 99.2% of methylene blue was mineralized within 30 min. Due to the synergistic effect of adsorption by the MIL-101(Cr) component and photocatalytic degradation provided by the $Cd_{0.8}Zn_{0.2}S$ component, the $Cd_{0.8}Zn_{0.2}S@MIL-101$(Cr) catalyst displayed superior photocatalytic performance relative to $Cd_{0.8}Zn_{0.2}S$ and MIL-101(Cr). Furthermore, $Cd_{0.8}Zn_{0.2}S@MIL-101$(Cr) possessed excellent stability during photodegradation and exhibited good reusability. The remarkable photocatalytic performance of $Cd_{0.8}Zn_{0.2}S@MIL-101$(Cr) is likely due to the effective transfer of electrons and holes at the heterojunction interfaces.
As emerging the new electric devices, the commercial lithium ion batteries have faced with various challenges. In this regard, many efforts to solve challenges have been tried. In order to solve the above problems in terms of development of a new secondary battery, we successfully demonstrated the two electrocatalysts, such as MCWB and PPY hydrogel, PPY hydrogel and MCWB showed typical H3-type BET isotherm, indicating that micro- and mesopores existed. Especially, in terms of voltage efficiency at the first cycle, PPY hydrogel was higher than that of MCWB, but lower than that of PtC. More interestingly, the PPY hygrogel based seawater battery exhibited charge-discharge reversibility during 20 cycles, and the voltage efficiencies ranged from 70.32 % to 77.35 % in cyclic performance test.
Because of their excellent stability and highly specific surface area, carbon based materials have received attention as electrode materials of electrical double-layer capacitors(EDLCs). Biomass based carbon materials have been studied for electrode materials of EDLCs; these materials have low capacitance and high-rate performance. We fabricated tofu based porous activated carbon by polymer dissolution reaction and KOH activation. The activated porous carbon(APC-15), which has an optimum condition of 15 wt%, has a high specific surface area($1,296.1m^2\;g^{-1}$), an increased average pore diameter(2.3194 nm), and a high mesopore distribution(32.4 %), as well as increased surface functional groups. In addition, APC has a high specific capacitance($195F\;g^{-1}$) at low current density of $0.1A\;g^{-1}$ and excellent specific capacitance($164F\;g^{-1}$) at high current density of $2.0A\;g^{-1}$. Due to the increased specific surface area, volume ratio of mesopores, and surface functional groups, the specific capacitance and high-rate performance increased. Consequently, the tofu based activated porous carbon can be proposed as an electrode material for high-performance EDLCs.
Tungsten disulfide (WS2), a typical 2D layerd structure, has received much attention as a pseudocapacitive material because of its high theoretical specific capacity and excellent ion diffusion kinetics. However, WS2 has critical limits such as poor long-term cycling stability owing to its large volume expansion during cycling and low electrical conductivity. Therefore, to increase the high-rate performance and cycling stability for pseudocapacitors, well-dispersed WS2 nanoparticles embedded in carbon nanofibers (WS2-CNFs), including mesopores and S-doping, are prepared by hydrothermal synthesis and sulfurizaiton. These unique nanocomposite electrodes exhibit a high specific capacity (159.6 F g-1 at 10 mV s-1), excellent high-rate performance (81.3 F g-1 at 300 mV s-1), and long-term cycling stability (55.9 % after 1,000 cycles at 100 mV s-1). The increased specific capacity is attributed to well-dispersed WS2 nanoparticles embedded in CNFs that the enlarge active area; the increased high-rate performance is contributed by reduced ion diffusion pathway due to mesoporous CNFs and improved electrical conductivity due to S-doped CNFs; the long-term cycling stability is attributed to the CNFs matrix including WS2 nanoparticles, which effectively prevent large volume expansion.
Bang, Gyeong-Min;Kim, Young-Ji;Kim, Seung Han;Choi, Yerak;Lee, In Ho;Ko, Chang Hyun
Korean Chemical Engineering Research
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v.56
no.2
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pp.261-268
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2018
To prepare mesoporous $TiO_2$ ($meso-TiO_2$) with anatase and rutile crystal structures, hydrothermal and template synthesis were used. $Meso-TiO_2$ with anatase structure was obtained by hydrothermal synthesis. The crystal structure of $meso-TiO_2$ by hydrothermal synthesis converted from anatase to rutile by simple heating at $600^{\circ}C$ and above. However, their mesopore structure collapsed due to phase transition. To prepare $meso-TiO_2$ with rutile structure, template synthesis method was applied using mesoporous silica KIT-6 as a template. Once we incorporated anatase $TiO_2$ inside mesopores of silica, the phase transition temperature of $TiO_2$ confined inside KIT-6 was much higher ($900^{\circ}C$) than that of free-standing $TiO_2$ ($600^{\circ}C$). The suppression of $TiO_2$ phase transition inside mesopores of KIT-6 is closely related with the interaction between $TiO_2$ surface and silica walls in KIT-6 because oxygen vacancy in $TiO_2$ is regarded as the starting point for phase transition. After removal of silica template by NaOH solution washing, $meso-TiO_2$ with mixed phase between anatase and rutile was obtained.
Hydroxylammonium nitrate (HAN)-based liquid propellants are attracting attention as environmentally friendly propellants because they are not carcinogens and the combustion gases have little toxicity. The catalyst used to decompose the HAN-based liquid propellant in a thruster must have both low temperature activity and high heat resistance. The objective of this study is to prepare an Ru/alumina/metal foam catalyst by supporting alumina slurry on the surface of NiCrAl metal foam using a washing coating method and then to support a ruthenium precursor thereon. The decomposition activity of a HAN aqueous solution of the Ru/alumina/metal foam catalyst was evaluated. The effect of the number of repetitive coatings of alumina slurry on the physical properties of the alumina/metal foam was analyzed. As the number of alumina wash coatings increased, mesopores with a diameter of about 7 nm were well-developed, thereby increasing the surface area and pore volume. It was optimal to repeat the wash coating alumina on the metal foam 12 times to maximize the surface area and pore volume of the alumina/metal foam. Mesopores were also well developed on the surface of the Ru/alumina/metal foam catalyst. It was found that the metal form itself without the active metal and alumina can promote the decomposition reaction of the HAN aqueous solution. In the case of the Ru/alumina/metal foam-550 catalyst, the decomposition onset temperature was significantly lowered compared with that of the thermal decomposition reaction, and ${\Delta}P$ could be greatly increased in the decomposition of the HAN aqueous solution. However, when the catalyst was calcined at $1,200^{\circ}C$, the catalytic activity was lowered inevitably because the surface area and pore volume of the catalyst were drastically reduced and Ru was sintered. Further research is needed to improve the heat resistance of Ru/alumina/metal foam catalysts.
Sung Soo Park;Mi-Ra Kim;Weontae Oh;Yedam Kim;Yeeun Lee;Youngeon Lee;Kangbeom Ha;Dojun Jung
Journal of Adhesion and Interface
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v.24
no.4
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pp.136-142
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2023
In this study, TEOS was used as a silica source, and a triblock copolymer (P123) was used as a template to produce mesoporous silica with a well-ordered hexagonal mesopore array through a self-assembly method and hydrothermal process under acidic condition. (Surfactant-extracted SBA-15). Surfactant-extracted SBA-15 showed the particle shape of a short rod with a size of approximately 980 nm. The surface area and pore diameter were 730 m2g-1 and 70.8 Å, respectively. Meanwhile, aminosilane (3-aminopropyltriethoxysilane, APTES) was grafted into the mesopores using a post-synthesis method. Mesoporous silica (APTES-SBA-15) modified with aminosilane had a well-ordered pore structure (p6mm) and well-maintained the particle shape of short rods. The surface area and pore diameter of APTES-SBA-15 decreased to 350 m2g-1 and 60.7 Å, respectively. APTES-modified mesoporous silica was treated with a solution of rare earth metal ions (Eu3+, Tb3+) to synthesize a mesoporous silica material in which rare earth metal complexes were introduced into the mesopores. (Eu/APTES-SBA-15, Tb/APTES-SBA-15) These materials exhibited characteristic photoluminescence spectra by λex=250 nm. (5D4→7F5 (543.5 nm), 5D4→7F4 (583.5 nm), 5D4→7F3 (620.2 nm) transitions for Tb/APTES-SBA-15; 5D0→7F0 (577.7 nm), 5D0→7F1 (592.0 nm), 5D0→7F2 (614.9 nm), 5D0→7F3 (650.3 nm) and 5D0→7F4 (698.5 nm) transitions for Eu/APTES-SBA-15)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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