• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제41회 하계 정기 학술대회 초록집
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• pp.217-217
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• 2011

Recently, demand for thermally stable metal nanoparticles suitable for chemical reactions at high temperatures has increased to the point to require a solution to nanoparticle coalescence. Thermal stability of metal nanoparticles can be achieved by adopting core-shell models and encapsulating supported metal nanoparticles with mesoporous oxides [1,2]. However, to understand the role of metal-support interactions on catalytic activity and for surface analysis of complex structures, we developed a novel catalyst design by coating an ultra-thin layer of titania on Pt supported silica ($SiO_2/Pt@TiO_2$). This structure provides higher metal dispersion (~52% Pt/silica), high thermal stability (~600$^{\circ}C$) and maximization of the interaction between Pt and titania. The high thermal stability of $SiO_2/Pt@TiO_2$ enabled the investigation of CO oxidation studies at high temperatures, including ignition behavior, which is otherwise not possible on bare Pt nanoparticles due to sintering [3]. It was found that this hybrid catalyst exhibited a lower activation energy for CO oxidation because of the metal-support interaction. The concept of an ultra-thin active metal oxide coating on supported nanoparticles opens-up new avenues for synthesis of various hybrid nanocatalysts with combinations of different metals and oxides to investigate important model reactions at high-temperatures and in industrial reactions.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권4호
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• pp.697-700
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• 2008

본 연구에서는 개미산 연료전지의 연료극에서 Pt 촉매의 안정성과 활성을 높이기 위해 Bi를 UPD법을 이용하여 Pt 촉매 위에 증착시켰다. 증착된 Bi의 활용도를 높이기 위해 다층 전극구조를 적용하였으며, 전자탐침미세분석(EPMA) 결과에서 Bi가 장기성능 실험동안 촉매층에 안정적으로 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 연료전지 성능실험에서는 Pt black 촉매 위에 Bi를 UPD한 다층 구조의 전극이 PtRu black 촉매보다 전류밀도 $150mA/cm^2$에서 약 200 mV정도 높은 성능을 나타냈다. Pt black을 40% Pt/C로 대체했을 경우 역시 높은 성능과 장기 안정성을 보였다.

• 공업화학
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• 제22권3호
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• pp.243-248
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• 2011

상온에서 작동하는 고감도 수소 가스센서를 제조하기 위하여 Pt 촉매가 증착된 다공성 탄소나노섬유를 제조하였다. 나노섬유는 polyacrylonitrile을 탄소전구체로 하여 전기방사법을 이용하여 제조되었고, 탄소나노섬유의 제조를 위하여 열처리 공정을 거쳤다. 다음으로, 탄소나노섬유에 화학적 활성화 공정을 통하여 가스 흡착을 위한 높은 비표면적과 기공구조를 부여하였다. Pt는 수소가스에 대한 촉매효과를 위하여 스퍼터링법을 통해 다공성 탄소나노섬유에 증착되었다. 탄소나노섬유는 화학적 활성화 공정을 통해 비표면적이 $2093m^2/g$으로 100배 이상 증가하였고, 약 60 vol%의 미세기공이 부여되었다. Pt는 다공성 탄소나노섬유의 형태를 그대로 유지하면서 얇고 고르게 증착되었다. 제조된 가스센서의 반응속도와 민감도는 비표면적, 미세기공율의 증가와 Pt 증착에 의하여 증가하였다. 결과적으로 수소가스에 대한 탄소나노섬유 상온에서 감응특성은 화학적 활성화와 Pt의 촉매효과에 의하여 향상됨을 알 수 있었다.

• 한국분말재료학회지
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• 제29권3호
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• pp.207-212
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• 2022

Nanosized rutile titanium dioxide (TiO₂) is used in inorganic pigments and cosmetics because of its high whiteness and duality. The high quality of the white pigments depends on their surface coating technique via the solgel process. SiO₂ coatings are required to improve the dispersibility, UV-blocking, and whiteness of TiO₂. Tetraethyl orthosilicate (TEOS) is an important coating precursor owing to its ability to control various thicknesses and densities. In addition, we use Na₂SiO₃ (sodium silicate) as a precursor because of its low cost. Compared to TEOS, which controls the pH using a basic catalyst, Na₂SiO₃ controls the pH using an acid catalyst, giving a uniform coating. The coating thickness of TiO₂ is controlled using a surface modifier, cetrimonium bromide, which is used in various applications. The shape and thickness of the nanosized coating layer on TiO₂ are analyzed using transmission electron microscopy, and the SiO₂ nanoparticle behavior in terms of the before-and-after size distribution is measured using a particle size analyzer. The color measurements of the SiO₂ pigment are performed using UV-visible spectroscopy.

• 전기화학회지
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• 제27권1호
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• pp.32-39
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• 2024

인산형 연료전지(PAFC)의 전기화학적 성능에 영향을 미치는 핵심 부품은 전극 촉매, 전해질 매트릭스 및 기체확산층(GDL) 등이 있다. 또한 전극의 성능 향상을 위해 GDL 위에 미세다공층(MPL)을 적용하는 방법도 있다. MPL은 주로 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)에서 전극 내부의 수분 관리와 접촉 저항 저감을 위한 중간 완화층 역할을 한다. 본 연구에서는 MPL이 PAFC 전극의 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 MPL이 없는 GDL과 MPL을 적용한 GDL로 전극을 제작하여 단위전지의 내부 저항과 분극 곡선을 서로 비교하였다. 본 실험 결과에서 MPL을 적용하였을 때 전극의 출력 밀도가 170.2 mW/cm²에서 192.1 mW/cm²으로 향상되었다. MPL은 PEMFC에서와 같이 PAFC 전극에서도 매트릭스와 전극에서 액체 전해질과 물 관리에 효과적으로 작용하고 전극 내부의 물질 전달이 향상되어 전극 성능이 향상된 것으로 판단된다. 또한, MPL의 적용으로 PAFC 전극의 내부 저항이 감소하였고 장기 운전시에도 안정적인 성능을 지속적으로 유지하는 결과로부터 PAFC 전극에도 MPL을 적용하면 전극 성능을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제11권4호
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• pp.273-283
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• 2008

고분자 전해질 연료전지의 구성요소인 기체 확산층(Gas Diffusion Layer)은 반응물을 채널에서 MEA로 전달하며 동시에 생성물을 MEA에서 채널로 전달하는 역할을 한다. 기체 확산층의 기체 투과도가 클수록 기체 확산층을 통과하는 반응기체의 양이 증가하여 고분자전해질 연료전지 성능이 향상되며 물질전달과 함께 열전달이 이루어지기 때문에 생성열에 의한 MEA의 온도상승을 억제해준다. 본 연구에서는 기체 확산층의 기체투과도를 달리하여 전기화학 반응과 열 생성을 고려한 3차원 수치해석 모델을 통해 동일 반응면적을 가지는 직선형 채널과 곡사형 채널에 대해 열전달 및 물질전달 특성을 분석하였다. 수치해석 결과 직선형 채널의 경우 곡사형 채널에 비해 기체 확산층의 기체투과도에 따른 성능 변화가 크지 않았다. 이러한 이유는 직선형 채널에서 주된 물질전달은 확산에 의해 이뤄지기 때문이다. 곡사형 채널의 경우 기체투과도가 높을수록 대류에 의한 물질전달로 원활한 물질전달이 이뤄졌기 때문에 연료전지 성능이 증가 되었으며 원활한 물질전달이 열전달을 촉진하여 MEA의 온도를 낮추었다. 또한 곡사형 채널에서는 기체투과도가 작아질수록 확산에 의한 물질 및 열전달 특성을 보여주었다.

• 자원리싸이클링
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• 제17권5호
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• pp.28-36
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• 2008

자동차 폐촉매로부터 백금족 금속(PGMs)의 회수를 위한 어트리션 스크러빙의 효과를 조사하였다. 자동차 폐촉매를 2mm이하로 분쇄한 후 60분 범위내에서 어트리션 스크러빙하였으며 이를 체가름하였다. 스크러빙을 통해 촉매층은 촉매 지지체 표면으로부터 탈리되어 $45{\mu}m$이하의 미립자로 분리되었다. $45{\mu}m$ 이하 미립자의 양은 스크러빙 시간이 증가함에 따라 증가하였으며, 스크러빙 시간 40분에서 미립자의 유가물 함량은 $CeO_2$ 19.3%, $ZrO_2$ 1.9%, PGMs 419ppm을 나타내었다. 미립자에서 감마 알루미나의 회수율은 스크러빙 시간이 증가함에 따라 증가하였으며, 동시에 $CeO_2$, $ZrO_2$ 및 PGMs의 회수율도 $CeO_2$ 82.9%, $ZrO_2$ 78.7%, PGMs 78.9%로 증가하였다. 시료의 고액비 및 초기 투입 입자 크기가 증가할 때 미립자의 양 및 감마알루미나의 회수율은 증가하였다. 어트리션 스크러빙은 분쇄 및 분리 기술로서 스크러빙 용기내에서 입자들 사이의 충격 및 전단 운동에 의해 코디어라이트 촉매 지지체로부터 감마알루미나의 분리에 효과적임을 알 수 있었다.

• 센서학회지
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• 제9권6호
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• pp.430-439
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• 2000

CO 가스 감지를 위한 두께 500-600 nm $In_2O_3$를 기저 물질로한 박막센서를 rf magnetron 방법을 이용하여 제작하였다. CO가스에 대한 감도 향상 및 -CH가 포함된 탄화수소 가스들과의 선택성을 높이기 위해 전이 금속인 Cobalt 촉매를 rf sputtering을 이용하여 초박막 형태로 0.7-2.8 nm 까지 두께를 조절하여 증착하고 $500^{\circ}C$ 열처리 후 가스 감도 특성을 조사하였다. CO에 대한 감도는 Co 두께 2.1 nm, 작동온도 $350^{\circ}C$에서 가장 우수하였고, $350^{\circ}C{\sim}400^{\circ}C$, Co (1.4 nm) 에서 $C_3H_8$에 대한 감도가 우수함을 알 수 있었다. 광전자 분석법 (x-ray photoelectron spectroscopy;XPS)을 통하여 초박막 Co가 표면이 $Co_2O_3$가 덮어진 CoO 형태로 존재함을 알 수 있었고, $(n-type)In_2O_3$-(p-type)CoO의 p-n junction 이 형성되었음을 확인하였다. 이러한 p-n junction type 가스센서에는 접합 경계면에서 형성된 전하 공핍층 (depletion layer)의 두께 변화에 따른 저항 변화에 의해 환원성 가스에 대한 감응 기구 (sensing mechanism)를 설명할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권2호
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• pp.247-252
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• 2015

${\alpha}$-상 과 ${\beta}$-상 두 가지 종류의 탄화규소(SiC) 입자 표면에 수열 합성 방법으로 ZSM-5 결정을 형성하였다. SiC는 $50{\mu}m$ 이상이 되는 크기의 입자를 사용하였으며, ZSM-5 결정이 SiC 표면에서부터 성장하도록 유도하기 위하여 합성 단계에 앞서 SiC 표면에 산화층을 형성하였으며, 수열합성 온도와 시간을 변화시켜 보았다. 그 결과 ${\beta}$-SiC는 $900^{\circ}C$ 조건에서도 산화막이 형성되었으며, 특히 $150^{\circ}C$ 합성 조건에서 ZSM-5가 ${\beta}$-SiC 표면에서부터 성장하였음이 뚜렷이 관찰되었다. $200^{\circ}C$ 조건에서는 ZSM-5의 결정의 크기가 성장할 뿐 아니라, 시간의 증가에 따라 결정의 형태가 뚜렷해지고 SiC 표면에 도포되는 양이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제38권6호
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• pp.291-298
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• 2016

불용성 전극은 전기화학 공정에 있어 가장 핵심적인 소재이며, 이를 이용한 전기화학적 수처리 공정은 난분해성 물질을 제거하는 유용한 방법으로서 이에 대한 연구가 지속적으로 이루어져 오고 있다. 전기화학적 수처리 공정은 주로 산화전극에서의 산화반응과 환원전극에서의 환원반응을 이용하는 것이다. 본 연구에서는 불용성 전극의 제조공정에서 전처리 방법이 전극의 수명에 미치는 영향을 평가하였다. 실험결과 촉매전극층을 코팅하는 물질계 및 코팅방법을 동일하게 하는 경우에도 기판의 전처리 방법 즉, 기판표면의 조도, 세정방법, 중간층 형성 여부 및 방법 등에 따라 전극의 수명이 크게 달라지는 것을 확인하였다. 실험은 가장 많이 사용되는 전극의 하나인 $IrO_2/Ti$ 전극을 대상으로 하였다. 샌드 블라스팅 공정의 경우 입도를 달리하는 샌딩 미디어를 이용하여 전극을 제조하고 이에 대한 수명을 평가한 결과 #80알루미나(입도 $212{\sim}180{\mu}m$)를 이용하는 경우가 가장 효과적인 것으로 나타났다. 기판에 대한 세정 공정은 arc plasma를 이용하는 것이 가장 우수하였으며, 중간층을 형성함에 있어서는 스퍼터링법을 이용하여 Ta 계열의 중간층을 형성하는 방법을 적용하는 것이 가장 바람직한 것으로 확인되었다.