본 연구에서는 공정 간소화, 균일한 나노 입자 형성, 백금 저감 및 활용도를 높이기 위하여 원자층 증착법 (Atomic Layer Deposition, ALD)을 통하여 양이온 교환막 연료전지용 촉매를 제조하고 증착 온도에 따른 백금 입자 형성 거동 을 확인하였다. 증착 온도는 250 °C, 300 °C, 350 °C로 조절하여 백금 촉매를 형성하였으며 각 각의 촉매의 증착 양 상을 확인하기 위하여 Thermogravimetric analysis, X-ray diffraction 및 Transmission electron microscopy를 도입하여 담지량, 백금 입자 분포, 크기 및 결정구조 등을 확인하였다. 합성된 백금 촉매를 연료전지에 적용하기 위해서 Cyclic Voltammetry 기법을 통해서 전기화학적 활성 표면적를 구하고, Membrane Electrode Assembly 셀을 제작하여 전지 특성을 확보하였다. 최종적으로, 백금 촉매 제조 시 ALD 증착 온도는 300 °C 이하에서 합성해야 됨을 밝혀냈으며, ALD으로 제작된 백금 촉매가 기존 습식 촉매보다 더 우수한 특성을 보임을 확인하였다. 해당 연구는 ALD을 통하여 다양한 접근법으로 촉매를 제조할 시, 기본적인 ALD 공정 정보 및 ALD 촉매 합성 방향성을 제공할 수 있다.

Nitrogen (N)-doped protein-based carbon as platinum (Pt) catalyst supports from tofu for oxygen reduction reactions are synthesized using a carbonization and reduction method. We successfully prepare 5 wt% Pt@N-doped protein-based carbon, 10 wt% Pt@N-doped protein-based carbon, and 20 wt% Pt@N-doped protein-based carbon. The morphology and structure of the samples are characterized by field emission scanning electron microscopy and transmission electron micro scopy, and crystllinities and chemical bonding are identified using X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy. The oxygen reduction reaction are measured using a linear sweep voltammogram and cyclic voltammetry. Among the samples, 10 wt% Pt@N-doped protein-based carbon exhibits exellent electrochemical performance with a high onset potential of 0.62 V, a high E1/2 of 0.55 V, and a low ΔE1/2= 0.32 mV. Specifically, as compared to the commercial Pt/C, the 10 wt% Pt@N-doped proteinbased carbon had a similar oxygen reduction reaction perfomance and improved electrochemical stability.

본 연구에서는 하수슬러지 가용화를 위한 불용성전극을 개발하여 전기화학적 특성을 확인 하였다. 이리듐을 주촉매로 사용하여 하수슬러지 가용화에 적합한 촉매를 선정하여 내구성이 우수하고 하수슬러지 전기분해에 적합한 기능성 전극 실험을 진행하였고 다음과 같은 결과를 얻었다. 전극의 코팅 소성온도를 주 촉매인 Ir의 질량감소가 적고, 흡열반응 구간인 300℃부터 500℃까지의 범위로 선정하고 실험을 하였다. 실험결과 350℃에서 촉매의 효율성이 가장 우수하게 나왔다. 각각의 바인더 별(Ta, Sn, W) 실험에서도 350℃에서 가장 큰 촉매효율성이 나타났다. 바인더로 사용한 탄탈럼, 주석, 텅스텐 중 탄탈럼이 다른 금속보다 주 촉매의 특성을 그대로 유지시키며 전극의 효율성을 향상시키는 것을 확인하 였다. 50%IrO2 전극의 경우 1.4 V(vs. Ag/AgCl) 약 29 mA/cm2 의 전류가 발생하여 전극의 효율을 평 가하였다.

To improve the methanol electro-oxidation in direct methanol fuel cells(DMFCs), Pt electrocatalysts embedded on porous carbon nanofibers(CNFs) were synthesized by electrospinning followed by a reduction method. To fabricate the porous CNFs, we prepared three types of porous CNFs using three different amount of a styrene-co acrylonitrile(SAN) polymer: 0.2 wt%, 0.5 wt%, and 1 wt%, respectively. A SAN polymer, which provides vacant spaces in porous CNFs, was decomposed and burn out during the carbonization. The structure and morphology of the samples were examined using field emission scanning electron microscopy and transmission electron microscopy and their surface area were measured using the Brunauer- Emmett-Teller(BET). The crystallinities and chemical compositions of the samples were examined using X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy. The electrochemical properties on the methanol electro oxidation were characterized using cyclic voltammetry and chronoamperometry. Pt electrocatalysts embedded on porous CNFs containing 0.5 wt% SAN polymer exhibited the improved methanol oxidation and electrocatalytic stability compared to Pt/conventional CNFs and commercial Pt/ C(40 wt% Pt on Vulcan carbon, E-TEK).

고분자전해질형 연료전지에서 촉매의 활성을 증가시키기 위하여 기존에 사용되고 있는 백금과 전이금속인 chromium, nickel과의 합금을 제조하였다. XRD를 이용하여 합금의 구조가 33˚에서 superlattice line을 가지고 있는 것으로 보아 face centered cubic 구조를 가진 ordered alloy로 이루어졌다는 것을 알 수 있었다. 열처리 온도가 증가할수록 합금의 입자 크기는 증가하였으며, 결정 격자 상수는 감소하였다. 전지성능테스트, cyclic voltammogram 등을 통하여 mass activity, specific activity, Tafel slope, 개회로 전압을 측정한 결과, 합금촉매의 활성이 순수한 백금촉매보다 크게 향상되었음을 알 수 있었다.

Combustion of ethanol (EtOH) at low temperatures has been studied using titania- and silica-supported platinum nanocrystallites with different sizes in a wide range of 1~25 nm, to see if EtOH can be used as a clean, alternative fuel, i.e., one that does not emit sulfur oxides, fine particulates and nitrogen oxides, and if the combustion flue gas can be used for directly heating the interior of greenhouses. The results of H2-N2O titration on the supported Pt catalysts with no calcination indicate a metal dispersion of 0.97±0.1, corresponding to ca. 1.2 nm, while the calcination of 0.65% Pt/SiO2 at 600 and 900℃ gives the respective sizes of 13.7 and 24.6 nm when using X-ray diffraction technique, as expected. A comparison of EtOH combustion using Pt/TiO2 and Pt/SiO2 catalysts with the same metal content, dispersion and nanoparticle size discloses that the former is better at all temperatures up to 200℃, suggesting that some acid sites can play a role for the combustion. There is a noticeable difference in the combustion characteristics of EtOH at 80~200℃ between samples of 0.65% Pt/SiO2 consisting of different metal particle sizes; the catalyst with larger platinum nanoparticles shows higher intrinsic activity. Besides the formation of CO2, low-temperature combustion of EtOH can lead to many other pathways that generate undesired byproducts, such as formaldehyde, acetaldehyde, acetic acid, diethyl ether, and ethylene, depending strongly on the catalyst and reaction conditions. A 0.65% Pt/SiO2 catalyst with a Pt crystallite size of 24.6 nm shows stable performances in EtOH combustion at 120℃ even for 12 h, regardless of the space velocity allowed.

광석에서 순도 높은 금은을 추출하기 위해 사용된 청화법으로부터 시안이 유출되어 광석 내 존 재하는 중금속들과 결합하여 다양한 형태의 시안화합물이 생성된다. 이러한 시안화합물은 난분해성 오염물질로서 인간을 포함한 생태계에 악영향을 끼친다. 결합력에 따라서 중금속과 결합한 시안화합 물은 공유결합성 화합물(weak acid dissociable, WAD)과 착화합물(strong acid dissociable, SAD) 등으 로 분류할 수 있다. 본 연구에서는 시안화합물의 존재 형태별 광촉매 산화 효율을 비교 평가하였다. 특히 자외선 LED 광원의 파장과 광촉매 표면 개질이 시안화합물의 분해에 미치는 영향을 살펴보았 다. 실험 결과, 동일한 광촉매 산화 조건에서 자유 시안보다는 중금속과 결합한 시안화합물의 광산화 분해 효율이 떨어짐을 알 수 있었다. 그리고 자유 시안의 경우에는 짧은 파장에서 광촉매 산화가 효과 적이었지만 중금속과 결합한 시안화합물의 경우에는 긴 파장에서 광산화 분해능이 더 높게 나타났다. 그리고 광촉매 표면 개질에 의하여 광촉매 산화 공정의 성능을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

Simulated waste-derived synthesis gas has been tested for hydrogen production through water gas shift (WGS) reaction in the temperature range of 240oC ~ 400oC over supported Pt catalysts prepared by an incipient wetness impregnation method. MG30, MgO, ZrO2, Al2O3 and CeO2 were employed as supports for WGS reaction in this study. 1 wt.% Pt/ CeO2 catalyst exhibited the highest CO conversion as well as 100% CO2 selectivity. This is due to easier reducibility of Pt/CeO2 and high oxygen mobility and oxygen storage capacitiy of CeO2. Pt/CeO2 catalyst can be a promising catalyst for WGS reaction from waste-derived synthesis gas.