Details on the electrochemical formation of lead dioxide from aqueous plumbous ion are studied by measuring current-time behavior with potential step method at a rotating platinum electrode. A cubic law without induction period can be applied to the crystallization of lead dioxide in both acetate and nitrate media. In the course of the mechanistic study, the presence of a soluble intermediate during the nucleation step is clearly observed with a rotating ring-disk electrode. Decrease in the anodic ring current due to the reduction of soluble species formed during the anodic crystallization of lead dioxide at disk is detected.
Different behavior on the formation of soluble intermediate was observed depending on the substrate employed during the nucleation of lead dioxide from plumbous ion using a rotating ring-disk electrode. It was found that no soluble intermediate was formed at glassy carbon electrode, while the presence of soluble intermediate could be detected at platinum substrate. From the different anodic behavior of two substrates, the formation of a probable Pb(Ⅲ) soluble intermediate was suggested. A most probable nucleation mechanism at the platinum substrate involving a second order chemical reaction was derived on the basis of rotating disk electrode experiments.
고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) 상용화를 위해 해결해야 할 과제 중의 하나인 가격 저감을 이루기 위한 방법으로 백금 촉매를 대신할 비귀금속(non-precious metal) 촉매 제조에 관한 연구를 수행하였다. 비귀금속 촉매의 합성은 산소환원반응(oxygen reduction reaction, ORR)의 활성점으로 알려져 있는 코발트-질소(Co-N) 결합을 형성하기 위해 질소를 포함하는 폴리아닐린(PANI)과 코발트염(Co precursor), 그리고 카본 블랙(C)을 일정한 비율대로 혼합한 후 특별한 열처리 과정 없이 단순한 화학적 환원법에 제조되었다. 제조된 Co-PANI-C 복합 촉매의 구조 분석을 위해 X-선 회절분석(X-ray diffraction, XRD)과 열중량분석(thermogravimetric analysis, TGA)을 실시하였고, ORR에 대한 활성을 평가하기 위해 rotating disk electrode(RDE) 및 rotating ring disk electrode(RRDE) 측정을 수행하였다. 그 결과 Co-PANI-C 복합 촉매는 ORR반응에 대한 개시 전압은 백금 촉매보다 60 mV 밖에 낮지 않은 값을 보였지만, 반응에 의해 발생되는 환원 전류는 여전히 백금 촉매보다 낮은 값을 보였다. 이 밖에도 전극 회전 속도에 따른 ORR 특성 변화, 전압 사이클 회수에 따른 내구성 변화, 연료전지 적용 시 성능 변화에 대해 논의할 것이다.
The reactivity of superoxide ion($O{_2}^{-.}$) with halogenated substrates is investigated by cyclic voltammetry and rotated ring-disk electrode method in aprotic solvents. The more positive the reduction potential of the substituted nitrile, the more facile is nucleophilic displacement by $O{_2}^{-.}$. The reaction rates of halogenonitriles with $O{_2}^{-.}$ vary according to the leaving-group propensity of halide (Br>Cl>F). The relative reaction rates of other substituted nitriles are in the order of electron-withdrawing propensity of the substituent group (CN> $C(O)NH_2$ >Ph, $CH_2CN$). The reaction of $O{_2}^{-.}$ with dihalocarbons indicates that five-membered rings can be rapidly formed by the cyclization of substrate and $O{_2}^{-.}$, and the relative rates of cyclization depend on the number of methylenic carbons {$Br(CH_2)_nBr$, [n=1<2<3>4>5]}. Mechanisms are proposed for the reaction of $O{_2}^{-.}$ with halogenated substrates.
Conducting poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDT) films with metalloporphyrins incorporated as the counter ions were prepared by electropolymerization of the monomer in the presence of metal-tetra(sulfonatophenyl) porphyrin anions. Cathodic reduction of oxygen on the resulting conducting polymer films was studied. The overpotential for O2 reduction on electrodes with cobalt-porphyrin complex was significantly smaller in acidic solutions than on gold. In basic solutions, the overpotential at low current densities was close to those on platinum and gold. Polymer electrode with Co-complex yielded higher limiting currents than with Fe-complex, although the Co-complex polymer electrode was a poorer electrocatalyst for O2 reduction in the activation range of potential than the Fe counterpart. From the rotating ring-disk electrode experiments, oxygen reduction was shown to proceed through either a 4-electron pathway or a 2-electron pathway. In contrast to the polypyr-role-based electrodes, the PEDT-based metalloporphyrin electrodes were stable with wider potential windows, including the oxygen reduction potential. Their electrocatalytic properties were maintained at temperatures up to 80℃ in KOH solutions.
Park, Hyun;Kwon, Tae-guen;Park, Deog-Su;Shim, Yoon-Bo
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제27권11호
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pp.1763-1768
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2006
The application of poly(Co(II)-(1,8-diaminonaphthalene))(poly(Co-DAN)) and poly(1,8-diaminonaphthalene) (Poly(1,8-DAN)) to the electrocatalytic reduction of molecular oxygen was investigated, which were electrochemically grown by the potential cycling method on the glassy carbon electrodes. The reduction of oxygen at the polymer and its metal complex polymer coated electrodes were irreversible and diffusion controlled. The Poly(1,8-DAN) and Poly(Co-DAN) films revealed the potential shifts for the oxygen reduction to 30 mV and 110 mV, respectively, in an aqueous solution, compared with that of the bare electrode. Hydrodynamic voltammetry with a rotating ring-disk electrode showed that Poly(1,8-DAN) and Poly(Co-DAN) coated electrodes converted respectively 84% and 22% of $O_2$ to $H_2O$ via a four electron reduction pathway.
In this research, we investigate electrical performance and electrochemical properties of graphene supported Pt (Pt/G) and PtM (M = Ni and Y) alloy catalysts (PtM/Gs) that are synthesized by modified polyol method. With the PtM/Gs that are adopted for oxygen reduction reaction (ORR) as cathode of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), their catalytic activity and ORR performance and electrical performance are estimated and compared with one another. Their particle size, particle distribution and electrochemically active surface (EAS) area are measured by TEM and cyclic voltammetry (CV), respectively. On the other hand, regarding ORR activity and electrical performance of the catalysts, (i) linear sweeping voltammetry by rotating disk electrode and rotating ring-disk electrode and (ii) PEMFC single cell tests are used. The TEM and CV measurements demonstrate particle size and EAS of PtM/Gs are compatible with those of Pt/G. In case of PtNi/G, its half-wave potential, kinetic current density, transferred electron number per oxygen molecule and $H_2O_2$ production % are excellent. Based on data obtained by half-cell test, when PEMFC singlecell tests are carried out, current density measured at 0.6V and maximum power density of the PEMFC single cell employing PtNi/G are better than those employing Pt/G. Conclusively, PtNi/Gs synthesized by modified polyol shows better ORR catalytic activity and PEMFC performance than other catalysts.
DMFC(direct methanol fuel cell)는 액체연료의 이동과 저장의 용이성 때문에 이동용 장치를 위한 전원공급 장치로서 오랫동안 관심을 받아왔다. 하지만 methanol crossover는 DMFC의 상용화 이전에 해결해야 할 문제이다. 이를 위해 많은 분야에서 연구가 진행되고 있고, 그중에서 methanol에 저항성을 가진 촉매의 개발에 활발히 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는, 표연개질 된 PtCo/C 촉매를 사용하여 메탄올에 저항성을 가진 촉매를 합성하였다. 합성된 촉매의 size와 morphology를 알아보기 위해 transmission electron microscopy (TEM)를 사용하였다. 또한 methanol 존재 하에 산소환원반응의 activity를 알아보기 위해 Rotating ring disk electrode(RRDE) test를 하였고, MEA를 제작하여 full cell test도 병행하였다.
본 연구에서는 수정된 폴리올법에 의해 합성된 백금-이트륨 및 백금-니켈 합금 촉매들의 성능 및 특성 평가를 진행하였다. 그렇게 합성된 합금 촉매들은 고분자전해질연료전지의 공기극 촉매로 사용되며 그 촉매들의 산소환원반응성 및 연료전지의 전기적 성능이 측정되고 상업적으로 사용되는 백금 촉매와 해당하는 결과들이 비교되었다. 성능 및 특성 비교를 위해, 백금 합금 촉매들의 입자크기와 분포는 투과전자현미경에 의해 관측되었고 활성표면적은 반복주사 전압-전류법에 의해 측정되었으며 그들의 산소환원반응성 및 연료전지의 전기적 성능은 회전원판 및 회전-고리 원판전극을 이용한 선형주사 전압-전류법 및 완전지 테스트를 통해 평가되었다. 그 결과 백금 합금 촉매들의 구조적 특성인 입자크기 및 분포 및 활성표면적은 상용 백금 촉매와 그 특성이 비슷하였다. 촉매들의 산소환원반응성의 경우에도 백금 합금 촉매들은 상용 백금 촉매와 비슷하거나 더 나은 반파장전위, 속도론적 전류밀도, 산소분자당 전이되는 전자수, 과산화수소 생성율을 나타내었다. 촉매의 구조적 특성 및 산소환원반응성에 입각해서 완전지 성능을 평가했을 때, 백금 합금 촉매들은 상용백금 촉매보다 더 우수한 0.6 V에서 전류밀도 및 최대출력밀도 값을 나타내었다. 이를 토대로 수정된 폴리올법에 의해 합성된 백금 합금 촉매들은 상용백금 촉매보다 비슷하거나 우수한 산소환원반응성 및 완전지 성능을 가질 수 있음을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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