• 한국재료학회지
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• 제33권5호
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• pp.175-188
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• 2023

Water electrolysis holds great potential as a method for producing renewable hydrogen fuel at large-scale, and to replace the fossil fuels responsible for greenhouse gases emissions and global climate change. To reduce the cost of hydrogen and make it competitive against fossil fuels, the efficiency of green hydrogen production should be maximized. This requires superior electrocatalysts to reduce the reaction energy barriers. The development of catalytic materials has mostly relied on empirical, trial-and-error methods because of the complicated, multidimensional, and dynamic nature of catalysis, requiring significant time and effort to find optimized multicomponent catalysts under a variety of reaction conditions. The ultimate goal for all researchers in the materials science and engineering field is the rational and efficient design of materials with desired performance. Discovering and understanding new catalysts with desired properties is at the heart of materials science research. This process can benefit from machine learning (ML), given the complex nature of catalytic reactions and vast range of candidate materials. This review summarizes recent achievements in catalysts discovery for the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER). The basic concepts of ML algorithms and practical guides for materials scientists are also demonstrated. The challenges and strategies of applying ML are discussed, which should be collaboratively addressed by materials scientists and ML communities. The ultimate integration of ML in catalyst development is expected to accelerate the design, discovery, optimization, and interpretation of superior electrocatalysts, to realize a carbon-free ecosystem based on green hydrogen.

• 에너지공학
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• 제20권1호
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• pp.13-20
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• 2011

마이크로 가스터빈의 높은 연료 다양성은 광범위한 범위의 적용처에 적용할 수 있도록 설계되었다. 최근에는 가스터빈 발전시스템의 연료로서, 유기성폐기물의 소화가스와 쓰레기 매립지로부터 발생되는 바이오 가스에 대한 수요가 증가하고 있다. 우리는 매립지 가스를 이용하여 마이크로 가스터빈 열병합 발전시스템의 성능특성 및 운전 특성에 대한 영향을 연구하고 있다. 메탄과 이산화탄소를 동시에 회수하는 공정을 개발하여 현장 실증 플랜트 규모로 시험을 수행하였으며, 유리온실에 농작물의 이산화탄소 고농도 집적을 목적으로 철-킬레이트 화합물을 기본으로 하는 액상촉매를 이용하여 매립지 가스내에 있는 불순물을 저렴한 비용으로 제거하고자 한다. Fe-EDTA(철-킬레이트)를 이용한 내부순환 다판식 기포탑 반응기에 의하여 농축정제와 이산화탄소 제거가 매립지 가스의 최적화 연료화를 추진하였다. 매립지가스의 유량은 0.207 $m^3$/min이고 5.5 kg/$cm^2$의 압력으로 공급되며 메탄농도 70%, 이산화탄소 27%로 공급되도록 농축반응기를 설계하였고 황화수소 99% 제거를 목표로 한다. 유리온실은 마이크로 가스터빈 배가스와 온수를 이용하여 대기중의 이산화탄소 농도에서 1500 ppm의 농도범위로 공급되도록 설계되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제29권12호
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• pp.1329-1336
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• 2007

본 연구에서는 간헐적으로 발생되는 고농도의 NO를 효율적으로 제거할 수 있는 혼합 공정으로 선택적촉매환원(Selective Catalytic Reduction, SCR)과 활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber, ACF)흡착이 결합된 신 개념의 공정을 설계하고 특성을 고찰하였다. NO를 흡착한 ACF에 열과 진공을 동시에 가하여 재생 실험을 수행한 결과, $140^{\circ}C$에서 600 mmHg의 진공으로 탈착하였을 때 가장 높은 재생효율을 보였다. SCR공정에는 상용촉매를 사용하였으며, 반응온도 $300^{\circ}C$, $NO/NH_3$몰비 1.0인 조건에서 실험을 수행하였다. ACF 재생공정에서 발생한 NO를 SCR공정으로 처리하였을 경우 98%의 매우 우수한 제거효율을 보였다. 그러나 지속적으로 유입되는 300ppm의 NO와 ACF에서 탈착되는 NO를 기존의 SCR공정에서 동시에 처리하였을 때 약 1분간 고농도의 NO가 배출되었다. 따라서 ACF의 재생시 발생하는 고농도의 NO를 기존의 SCR공정에서 병행처리할 때는 탈착속도를 조절하거나 고농도로 배출되는 짧은 시간 동안 $NH_3$농도를 높여서 주입할 필요가 있으며, 소규모의 SCR공정을 추가로 설치하여야 한다. SCR과 ACF를 결합한 공정을 이용하여 NO를 처리하였을 때, 간헐적으로 2배의 농도를 가지는 NO가 유입되어도 80% 이상의 탈질 효율을 가지는 공정의 구현이 가능하였으며, 반복 사용에도 활성이 유지되어 안정적인 운전이 가능함을 입증하였다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제35권3호
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• pp.731-743
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• 2018

바이오항공유 제조 공정 내 수첨업그레이딩 공정의 운전조건 선정은 반응물로부터 얻고자 하는 주생성물인 탄화수소 화합물에 대하여 바이오항공유로서 원하는 탄소수 분포의 물성을 갖도록 하기위한 중요한 인자이다. 본 연구에서는 식물성 오일 유래 노말 파라핀계 탄화수소 화합물에 대한 수첨 업그레이딩 반응이 0.5 wt.% Pt/Zeolite 촉매 하에서 수행되었으며, 이를 통해 크래킹 반응과 이성질화 반응이 동반됨으로써 바이오항공유로서 물성을 갖는 탄소수 분포인 $C_8-C_{16}$에 해당하는 노말 파라핀계와 이소 파라핀계가 혼합된 탄화수소류 화합물이 제조되었다. 반응온도, 반응압력, 반응물 몰비와 공간속도를 변화하여 얻어진 생성물의 수율 및 조성을 분석하였다. 상기 공정 조건에 대한 정보는 수첨 업그레이딩 반응특성의 이해뿐 아니라 향후 증류를 통한 바이오항공유 제조에 도움을 줄 수 있다.

• 공업화학
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• 제20권5호
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• pp.486-492
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• 2009

퀴놀린 습식산화는 $225^{\circ}C$와 $250^{\circ}C$에서 수행되었다. $250^{\circ}C$에서의 습식산화에서 퀴놀린은 30 min 내에 완전히 분해되었으며 총 유기탄소(TOC)는 120 min 내에 63% 감소하였다. 반면에 $225^{\circ}C$에서의 습식산화에서는 TOC는 240 min 동안 13% 감소하였다. 퀴놀린 산화 중 니코틴산과 초산이 주 중간생성물로 생성되었다. 균일촉매 $CuSO_4$ 또는 쉽게 산화되는 페놀을 첨가하여 온화한 반응조건인 $200^{\circ}C$에서의 퀴놀린 습식산화도 수행하였다. $CuSO_4$를 0.20 g/L 사용한 촉매 습식산화는 $250^{\circ}C$ 습식산화에서와 비슷한 퀴놀린 및 TOC 제거속도를 보였다. $200^{\circ}C$에서의 퀴놀린과 페놀 혼합물 습식산화에서는 퀴놀린과 페놀의 분해 개시에 필요한 자유라디칼이 생성되는 유도기간이 나타났다. 주어진 퀴놀린 초기농도에서 페놀 초기농도를 증가시킴에 따라, 퀴놀린과 페놀 분해를 위한 유도기간은 짧아졌고 습식산화 180 min 동안의 TOC 감소율은 60%에서 75%까지 증가하였다. 유도기간의 감소율은 퀴놀린에 대한 페놀 초기농도비를 증가시킴에 따라 감소하였다. 반면에 퀴놀린과 페놀 혼합물 습식산화에서의 페놀분해는 페놀 습식산화에서 보다 긴 유도기간을 필요로 하였고 서서히 진행되었다.

• 공업화학
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• 제7권6호
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• pp.1156-1163
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• 1996

본 연구는 이산화탄소와 glycidyl methacrylate(GMA)의 부가반응에 의한(2-oxo-1,3-dioxolane-4-yl)methacrylate(DOMA)의 합성에 4급 암모늄염 촉매의 특성을 고찰한 것이다. 4급 암모늄염 상이동 촉매의 알킬기의 크기가 크고 짝음이온의 친핵성이 강할수록 촉매활성이 높았다. 폴리에틸렌글리콜이나 NaI, 18-crown-6를 단독으로 사용한 경우에는 반응활성이 전혀 없었으나 NaI와 18-crown-6의 혼합물을 촉매로 사용한 결과 비교적 좋은 DOMA 수율을 얻었다. 또한 극성이 낮은용매를 사용한 경우에는 단량체 형태의 DOMA를 얻을 수 있었고, 극성이 높은 비양성자성 용매를 사용한 결과 DOMA의 고분자를 직접 합성할 수 있었다. 한편 고압 회분반응기에서 이산화탄소의 압력변화를 통한 속도론 적 고찰 결과 반응속도는 GMA와 이산화탄소의 농도에 대하여 각각 1차 반응이었고, 이때 반응속도 상수 k는 0.56L/mol hr이었으며 diglyme 용매에 대한 $80^{\circ}C$에서 $CO_2$의 Henry 상수 H'는 $6.5{\times}10^{-4}mol/L{\cdot}kPa$로 나타났다.

• 폴리머
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• 제35권1호
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• pp.35-39
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• 2011

본 연구에서는 고분자 전해질 연료전지의 타소 지지체로 중형기공 실리카(SBA-15)를 이용한 전통적인 주형합성법을 이용하여 중형기공 탄소(CMK-3)를 합성하였다. 합성된 CMK-3는 추가적으로 비표면적과 물리적 성질을 증가시키기 위하여 활성화제로 수산화 칼륨 (KOH)양을 0, 1, 3, 및 4g으로 달리하여 활성화하였다. 그리고 활성화된 CMK-3(K-CMK-3)에 화학적 환원 방법을 이용하여 백금과 루테늄을 답지하였다. CMK-3에 담지된 백금-루테늄 촉매의 특성을 확인하기 위해 비표면적 장치(BET), X-선 회절분석법(XRD), 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미정(TEM), 유도결합 플라즈마 질량분석기(ICP-MS)를 이용하였다. 또한, 백금 루테늄 촉매의 전기화학적인 특성을 순환전류전압 실험으로 분석하였다. 결론적으로, 3 g의 KOH로 활성화된 CMK-3(K3g-CMK-3)가 가장 넓은 비표면적을 나타냈다. 또한, K3g-CMK-3의 높은 비표면적은 백금-루테늄의 균일한 분산과 함께 전기적인 촉매의 성능을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제1권1호
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• pp.19-24
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• 2010

Alloying degree is an important structural factor of PtRu catalysts for direct methanol fuel cells (DMFC). In this work, carbon supported PtRu catalysts were synthesized by reduction method using anhydrous ethanol as a solvent and $NaBH_4$ as a reducing agent. Using anhydrous ethanol as a solvent resulted in high alloying degree and good dispersion. The morphological structure and crystallanity of synthesized catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), high resolution transmission electron microscope (HR-TEM). CO stripping and methanol oxidation reaction were measured. Due to high alloying degree catalyst prepared in anhydrous ethanol, exhibited low onset potential for methanol oxidation and negative peak shift of CO oxidation than commercial sample. Consequently, samples, applying ethanol as a solvent, exhibited not only enhanced CO oxidation, but also increased methanol oxidation reaction (MOR) activity compared with commercial PtRu/C (40 wt%, E-tek) and 40 wt% PtRu/C prepared in water solution.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권4호
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• pp.443-454
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• 2013

콜로이드 실리카와 가용성 실리카를 이용하여 나트륨이 첨가되지 않은 다양한 금속이온 첨가 MCM-41 촉매를 제조하였다. 전이금속 이온인 $V^{5+}$, $Co^{2+}$ 및 $Ni^{2+}$이 MCM-41에 첨가되었을 경우 기공벽 내의 실리콘 이온과 등방치환을 하여 실리카 기공벽 내에서 독립된 단일 활성점을 형성하여 우수한 환원 및 활성 내구성을 보였다. 수소 승온 환원법을 이용하여 Co-MCM-41 촉매의 기공 곡률 반경효과에 대해 검토해 본 결과, 적절한 환원 처리와 기공 크기 및 pH 조절에 따라 코발트 금속입자의 크기를 1nm 이하의 범위에서 조절할 수 있었으며, 이 미세 금속 입자들은 표면 금속이온들과의 결합으로 인해 상당한 고온 안정성이 있음을 발견하였다. 완전 환원 후에도 비정형 실리카의 부분 덮힘으로 인해 금속 입자들의 표면 이동 및 뭉침 현상이 현저히 저하되는 것을 볼 수 있었다. 이들 촉매의 반응 예로 금속 입자 크기에 민감한 단일층 탄소 나노튜브의 합성을 Co-MCM-41을 이용하여 실시하였고, 금속 입자의 안정성 시험반응으로 Co 및 Ni-MCM-41을 이용한 CO 메탄화 반응, V-MCM-41을 이용한 메탄올 및 메탄의 부분 산화반응 및 기공곡률 반경이 촉매활성에 미치는 영향 등을 살펴보았다.

• 한국윤활학회:학술대회논문집
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• 한국윤활학회 2001년도 제33회 춘계학술대회 개최
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• pp.162-177
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• 2001

분자구조가 서로 다른 7종의 폴리올에스터 오일에 대한 가수분해속도가 측정되었다. 사용된 폴리올에스터는 2가 및 4가의 다가알콜과 서로 다른 탄소수의 직쇄 흑은 분기지방산으로 합성된 다가에스터 화합물이며, 이들의 가수분해반응은 p-톨루엔설폰산을 촉매로 사용하는 온건한 산성조건하에서 수행되었다 폴리올에스터 오일의 가수분해과정에서 생성되 는 부분에스터와 다가알콜 및 지방산 등의 구조가 확인되었고 반응시간의 경과에 따른 가수분해 생성물들의 농도가 측정되었다. 각 반응단계의 속도상수는 속도식과 실험적으로 얻은 각 화합물들의 농도로부터 최소제곱법에 의해 구하였고, 얻어진 가수분해 속도상수가 서로 비교되었다. 폴리올에스터 오일의 가수분해 속도는 지방산의 분자구조에 가장 크게 영향을 받는다. 즉, 직쇄지방산에 의한 폴리올에스터 오일은 분기지방산에 의한 폴리올에스터 오일보다 가수분해속도가 매우 마르며, 분기지방산에 의한 폴리을에스터 오일 중에서는 가지사슬의 모양과 위치가 가수분해속도에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 본연구에서 사용된 7종의 폴리올에스터 오일에 대한 가수분해속도는 물분자가 폴리올에스터 오일의 카르보닐 탄소를 공격할 때 인접한 가지사슬에 의한 입체장애효과를 비교함으로써 효과적으로 설명할 수 있다.