KIM, HAN SEUL;RYU, SU CHAK;LEE, YOUNG WOOK;SHIN, TAE HO
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.30
no.6
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pp.549-555
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2019
Electrocatalysis of oxygen reduction reaction (ORR) using Pt nanoparticles or bimetal on carabon was studied. Currently, the best catalyst is platinum, which is a limited resource and expensive to commercialize. In this paper, we investigated the cheaper and more active electrocatalysts by making Pt nanoparticles and adding 3D transition metal such as copper. Electrocatalysts were obtained by chemical reduction based on ethylene glycol solutions. Elemental analysis and particle size were confirmed by XRD and TEM. The electrochemical surface area (ECSA) and activity of the catalyst were determined by electrochemical techniques such as cyclic voltammetry and linear sweep voltammetry method. The commercialized Pt support on carbon (Pt/C, JM), synthesis Pt/C and synthesis Pt3Cu1 alloy nanoparticles supported on carbon were compared. We confirmed that the synthesized Pt3-Cu1/C has high electrochemical performance than commercial Pt/C. It is expected to develop an electrocatalyst with high activity at low price by increasing the oxygen reduction reaction rate of the fuel cell.
Jeon, Jong-Ki;Heo, Sujeong;Jo, Young Min;Kim, Taegyu
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.412-415
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2017
In this study, the decomposition performance of ammonia dinitramide (ADN) based liquid monopropellant was evaluated by using metal supported alumina bead catalyst. Alumina bead was calcined at $1200^{\circ}C$, and Pt and Cu were impregnated on alumina bead by excess water impregnation using a rotary evaporator. The decomposition temperature ($T_{dec}$) of ADN-based liquid monopropellant was measured in a home-made batch reactor. The decomposition temperature of Cu/$Al_2O_3$ catalyst was lower than that of Pt/$Al_2O_3$ catalyst, and $T_{dec}$ was about $130^{\circ}C$.
PEMFC를 구성하는 여러 부품 중 핵심부품은 MEA(Membrane Electrode Assembly)으로서 실제 연료전지 반응이 일어나며 연료전지의 성능을 결정하는 부품이다. 그러나 PEMFC의 특성 상 촉매로 귀금속인 Pt가 사용됨에 따라 경제성이 확보된 MEA의 성능을 얻기 위해선 현재 Pt 담지량을 0.3mg/$cm^2$ 이하로 크게 감소시키면서 Pt촉매의 고분산화와 미반응 사이트의 감소가 필요하다. 본 연구에서는 Pt 촉매의 미반응 사이트를 줄이고자 전기영동법에 의해 카본전극(carbon black + GDL) 상에 Pt 나노입자를 직접 석출시켜 Pt/C 촉매 전극을 제조 하였다. 본 실험에서는 가장 좋은 Pt 나노입자의 석출거동을 나타낸 30mA/$cm^2$, pH 2, duty cycle 25% 조건을 기준으로 하여 electro-deposition time을 통한 석출량 제어와 carbon paper의 wet proofing 정도에 따른 Pt의 석출거동을 조사하였으며, 종래의 방법으로 제조한 Pt/C 촉매전극의 전기화학적 특성과 비교 분석하였다. 전기영동 석출법에 사용된 Pt나노입자는 $H_2PtCl_6{\cdot}6H_2O$로부터 화학적 환원법으로 합성한 2~3nm 입경을 갖는 Pt콜로이드를 사용하였으며, magnetic stirring과 항온 ($20^{\circ}C$)을 유지하여 실험하였다. 전기영동 석출량 제어는 electro-deposition time을 5~25분까지 5분 간격으로 나누어 실험하였고 카본전극을 구성하는 carbon paper의 wet proofing 정도가 Pt 나노입자 석출거동에 미치는 영향을 조사하기 위하여 20, 40, 60%의 서로 다른 wet proofing 값을 갖는 carbon paper를 사용하여 Pt/C 촉매 전극을 제조하였다. 전기영동법으로 석출된 카본블랙 전극 상 Pt나노입자의 분산도와 담지량는 각각 FE-SEM과 TGA 장비를 사용하여 측정하였고, 제조된 Pt/C 촉매 전극의 전기화학적 촉매 특성은 cyclic voltammetry(CV)법으로 측정하였다.
Na promoted Pt/$CeO_2$ catalysts with various Na amounts (1, 2, and 3wt%) have been applied to water gas shift reaction (WGS) at a gas hourly space velocity (GHSV) of 45515 $h^{-1}$. 1wt%Pt-2wt%Na/$CeO_2$ catalyst exhibited the highest WGS activity at $240^{\circ}C$ among the catalysts prepared in this study. In addition, 1wt%Pt-2wt%Na/$CeO_2$ catalyst showed relatively stable activity with time on stream. The high activity/stability of 1wt%Pt-2wt%Na/$CeO_2$ catalyst was correlated to its easier reducibility and higher oxygen storage capacity (OSC). As a result, 2wt% Na promoted Pt/$CeO_2$ can be a promising candidate catalyst for the single stage WGS, which requires high intrinsic activity at very high GHSV.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.11
no.2
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pp.171-178
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1995
The hydrodesulfurization (HDS) of dibenzothiophene (DBT) were performed simultaneously over CoPtMo/LaY catalyst under high H$_{2}$ pressure. The structure and physical properties of this catalyst were characterized using XRD, IR and surface area analyzer. The origin of acid site was mainly Bronsted. The structures of impregnated molybdenum and platinum were deactivated by DBT to MoS$_{2}$ and PtS, respectively. The activities of the HDS and the hydrocracking increased with increasing temperature and pressure. They decreased with increasing the DBT mole ratio(DBT/n-heptane). They remained constant with increasing the H$_{2}$/H.C. mole ratio. With increasing pressure and DBT mole ratio, the products of secondary cracking increased. To perform simultaneous HDS and hydrocracking effectively, the optimum condition were 500.deg.C, 4MPa.
Park, Sang-Sun;Rhee, Jun-Ki;Jeon, Yu-Kwon;Choi, Sung-Won;Shul, Yong-Gun
Carbon letters
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v.11
no.1
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pp.38-40
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2010
Carbon supported electrocatalysts are commonly used as electrode materials for polymer electrolyte membrane fuel cells(PEMFCs). These kinds of electrocatalysts provide large surface area and sufficient electrical conductivity. The support of typical PEM fuel cell catalysts has been a traditional conductive type of carbon black. However, even though the carbon particles conduct electrons, there is still significant portion of Pt that is isolated from the external circuit and the PEM, resulting in a low Pt utilization. Herein, new types of carbon materials to effectively utilize the Pt catalyst are being evaluated. Carbon nanofiber/activated carbon fiber (CNF/ACF) composite with multifunctional surfaces were prepared through catalytic growth of CNFs on ACFs. Nickel nitrate was used as a precursor of the catalyst to synthesize carbon nanofibers(CNFs). CNFs were synthesized by pyrolysising $CH_4$ using catalysts dispersed in acetone and ACF(activated carbon fiber). The as-prepared samples were characterized with transmission electron microscopy(TEM), scanning electron microscopy(SEM). In TEM image, carbon nanofibers were synthesized on the ACF to form a three-dimensional network. Pt/CNF/ACF was employed as a catalyst for PEMFC. As the ratio of prepared catalyst to commercial catalyst was changed from 0 to 50%, the performance of the mixture of 30 wt% of Pt/CNF/ACF and 70wt% of Pt/C commercial catalyst showed better perfromance than that of 100% commercial catalyst. The unique structure of CNF can supply the significant site for the stabilization of Pt particles. CNF/ACF is expected to be promising support to improve the performance in PEMFC.
For the commercialization of polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), some serious problems such as the decrease of platinum use as catalysts and a larger overpotential of oxygen reduction reaction (ORR) at cathode must be solved. In this study, 20%Pt/C and 20%PtCo/C catalysts for the cathode of PEMFC were synthesized from the chemical reduction method and evaluated using an electrochemical measurement. The ORR activity of synthesized 20%Pt/C and 20%PtCo/C had higher than that of the 20%Pt/C on the market. The synthesized 20%PtCo/C with the cobalt concentration (Pt:Co atomic ratio) from 5 to 20% showed the highest ORR activity.
The electrocatalytic behavior of the PtCo catalyst supported on the multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) has been evaluated and compared with commercial Pt/C catalyst in a polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC). A PtCo/MWNTs electrocatalyst with a Pt:Co atomic ratio of 79:21 was synthesized and applied to a cathode of PEMFC. The structure and morphology of the synthesized PtCo/MWNTs electrocatalysts were characterized by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. As a result of the X-ray studies, the crystal structure of a PtCo particle was determined to be a face-centered cubic(FCC) that was the same as the platinum structure. The particle size of PtCo in PtCo/MWNTs and Pt in Pt/C were 2.0 nm and 2.7 nm, respectively, which were calculated by Scherrer's formula from X-ray diffraction data. As a result we concluded that the specific surface activity of PtCo/MWNTs is superior to Pt/C's activity because of its smaller particle size. From the electrochemical impedance measurement, the membrane electrode assembly(MEA) fabricated with PtCo/MWNTs showed smaller anodic and cathodic activation losses than the MEA with Pt/C, although ohmic loss was the same as Pt/C. Finally, from the evaluation of cyclic voltammetry(CV), the unit cell using PtCo/MWNTs as the cathode electrocatalyst showed slightly higher fuel cell performance than the cell with a commercial Pt/C electrocatalyst.
Plasma catalytic methane conversion was carried out in the presence of sol-gel derived $Pt/TiO_2$ catalysts within a dielectric-barrier discharge (DBD) reactor. Plasma-assisted reduction (PAR) was applied to reduce the prepared $Pt/TiO_2$ catalysts in DBD reactor, and prepared catalysts were successively reduced by PAR within 20 min irrespective of the Pt loading and the calcination temperature. The highest methane conversion was 40% when 3 wt% $Pt/TiO_2$ and 5 wt% $Pt/TiO_2$ catalysts were used after calcination at $600^{\circ}C$. The selectivities of light alkanes ($C_2H_6$, $C_3H_8$, $C_4H_{10}$) were highly increased when $Pt/TiO_2$ catalysts were used in DBD reactor.
In this study, we implemented a research for improving performance of redox flow battery (RFB) via enhancing reaction rate of vanadium reaction ($[VO]^{2+}/[VO_2]^+$) that was a rate determining step. For doing that, porous catalyst, CMK3 was employed and its perfoamance was compared with that of Vulcan(XC-72) and commercial Pt/C (Johnson-Matthey Pt 20wt.%). Cyclic voltammetry (CV) was used for inspecting reactivity, while its structural feature was measured by TEM and BET&BJH. Also, Charge-discharge trend was evaluated by single cell tests. As result, CMK3 showed 6 times better catalytic activity and twice better reversibility than Vulcan(XC-72), while it showed larger surface area than Vulcan XR due to its porous structure. Furthermore, CMK3 indicated 85% of reactivity and reversibility of commercial Pt/C despite its Pt-less situation. In single cell tests, when RFB adopted CMK3 as catalyst for positive electrode, its charge-discharge curve result was better than that adopted commercial Pt/C.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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