In this study, an empirical relationship between the energy band gap of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and synthesis parameters in a chemical vapor deposition (CVD) reactor using factorial design of experiment was established. A bimetallic (Fe-Ni) catalyst supported on CaCO3 was synthesized via wet impregnation technique and used for MWCNT growth. The effects of synthesis parameters such as temperature, time, acetylene flow rate, and argon carrier gas flow rate on the MWCNTs energy gap, yield, and aspect ratio were investigated. The as-prepared supported bimetallic catalyst and the MWCNTs were characterized for their morphologies, microstructures, elemental composition, thermal profiles and surface areas by high-resolution scanning electron microscope, high resolution transmission electron microscope, energy dispersive X-ray spectroscopy, thermal gravimetry analysis and Brunauer-Emmett-Teller. A regression model was developed to establish the relationship between band gap energy, MWCNTs yield and aspect ratio. The results revealed that the optimum conditions to obtain high yield and quality MWCNTs of 159.9% were: temperature (700ºC), time (55 min), argon flow rate (230.37 mL min–1) and acetylene flow rate (150 mL min–1) respectively. The developed regression models demonstrated that the estimated values for the three response variables; energy gap, yield and aspect ratio, were 0.246 eV, 557.64 and 0.82. The regression models showed that the energy band gap, yield, and aspect ratio of the MWCNTs were largely influenced by the synthesis parameters and can be controlled in a CVD reactor.

This paper examines a simple one-step and catalyst-free method for synthesizing carbon nanoparticles from aliphatic alcohols and n-hexane with linear molecule formations by using a stable solution plasma process with a bipolar pulse and an external resistor. When the external resistor is adopted, it is observed that the current spikes are dramatically decreased, which induced production of a more stable discharge. Six aliphatic linear alcohols (methanol- hexanol) containing carbon with oxygen sources are studied as possible precursors for the massive production of carbon nanoparticles. Additional study is also carried out with the use of n-hexane containing many carbons without an oxygen source in order to enhance the formation of carbon nanoparticles and to eliminate unwanted oxygen effects. The obtained carbon nanoparticles are characterized with field emission-scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, and Raman spectroscopy. The results show that with increasing carbon ratios in alcohol content, the synthesis rate of carbon nanoparticles is increased, whereas the size of the carbon nanoparticles is decreased. Moreover, the degree of graphitization of the carbon nanoparticles synthesized from 1-hexanol and n-hexane with a high carbon (C)/oxygen (O) ratio and low or no oxygen is observed to be greater than that of the carbon nanoparticles synthesized from the corresponding materials with a low C/O ratio.

세리아 입자의 합성을 위하여 분무열분해 시 유기 첨가제인 EG(ethylene glycol)과 CA(citric acid)를 첨가하여 중공성 및 다공성을 갖는 CeO2 마이크로 크기의 입자를 제조하였으며 첨가량에 따른 특성을 비교하였다. 분무열분해과정, 후소성 및 볼밀링 과정을 적절히 조합하여 만든 6가지 경로에 의해 나노 크기의 세리아 입자를 합성하였다. 6가지 경로 중 EG 및 CA가 0.05M 첨가된 Ce(III)가 전구체 수용액을 이용하여 분무열분해→후소성→볼밀링→후소성의 경로에 의해 얻어진 CeO2 입자에 대해 TEM 분석으로 측정한 입자의 평균 크기 24 nm(편차=3.8 nm)는 Debye-Scherrer식에 의해 계산된 1차 입자의 크기(20 nm)와 가장 유사한 크기를 나타내었다. 제조된 나노입자분말의 형태적 및 구조적 특성을 알아보기 위하여 SEM(Scanning Electron Microscopy), XRD(X-Ray Diffractometer) 및 TEM(Transmission Electron Microscopy)을 통하여 특성을 분석하였다.

비식용 원료인 Palm Acid Oil, 동물성 폐유지 등은 상대적으로 자유 지방산 함량이 높기 때문에 일반적인 염기 촉매를 이용한 전이에스테르화 반응에 적합하지 않다. 효소 촉매를 이용하면 염기 촉매에서 해결할 수 없는 몇 가지 문제를 해결할 수 있으며, 에너지 소비가 작고, 바이오디젤 부산물인 글리세롤 회수가 쉬우며, 자유 지방산 함량이 높은 트리글리세라이드에 대한 전이에스테르화 반응이 가능하다. 본 연구에서는 고정화 효소 촉매를 이용하여 1 ton/day 용량의 반응기에서 비식용 폐유지를 바이오디젤로 합성하였으며, 반응 공정의 변수를 최적화하였다.

Despite numerous advances in the preparation and use of GaN, and many leading-edge applications in lighting technologies, the preparation of high-quality GaN powder remains a challenge. Ammonolytic preparations of polycrystalline GaN have been studied using various precursors, but all were time-consuming and required high temperatures. In this study, an efficient and low-temperature method to synthesize high-purity hexagonal GaN powder is developed using sub-micron Ga2O3 powder as a starting material. The sub-micron Ga2O3 powder was prepared by an ultrasonic spray pyrolysis process. The GaN powder is synthesized from the sub-micron Ga2O3 powder through a nitridation treatment in an NH3 flow at 800℃. The characteristics of the synthesized powder are systematically examined by X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, and UV-vis spectrophotometer.

ZrO2 is a candidate material for hip and knee joint replacements because of its excellent combination of biocompatibility, corrosion resistance and low density. However, the drawback of pure ZrO2 is a low fracture toughness at room temperature. One of the most obvious tactics to cope with this problem is to fabricate a nanostructured composite material. Nanomaterials can be produced with improved mechanical properties(hardness and fracture toughness). The high-frequency induction heated sintering method takes advantage of simultaneously applying induced current and mechanical pressure during sintering. As a result, nanostructured materials can be achieved within very short time. In this study, W and ZrO2 nanopowders are mechanochemically synthesized from WO3 and Zr powders according to the reaction(WO3 + 3/2 Zr→W+ 3/2 ZrO2). The milled powders are then sintered using high-frequency induction heating within two minutes under the uniaxial pressure of 80MPa. The average fracture toughness and hardness of the nanostructured W-3/2 ZrO2 composite sintered at 1300oC are 540 kg/mm2 and 5 MPa·m1/2, respectively. The fracture toughness of the composite is higher than that of monolithic ZrO2. The phase and microstructure of the composite is also investigated by XRD and FE-SEM.

The design of non-precious electrocatalysts with low-cost, good stability, and an improved oxygen reduction reaction(ORR) to replace the platinium-based electrocatalyst is significant for application of fuel cells and metal-air batteries with high energy density. In this study, we synthesize iron-carbide(Fe3C) embedded nitrogen(N) doped carbon nanofiber(CNF) as electrocatalysts for ORRs using electrospinning, precursor deposition, and carbonization. To optimize electrochemical performance, we study the three stages according to different amounts of iron precursor. Among them, Fe3C-embedded N doped CNF-1 exhibits the most improved electrochemical performance with a high onset potential of −0.18 V, a high E1/2 of −0.29 V, and a nearly four-electron pathway (n = 3.77). In addition, Fe3C-embedded N doped CNF-1 displays exellent long-term stabillity with the lowest ΔE1/2= 8 mV compared to the other electrocatalysts. The improved electrochemical properties are attributed to synergestic effect of N-doping and well-dispersed iron carbide embedded in CNF. Consequently, Fe3C-embedded N doped CNF is a promising candidate for non-precious electrocatalysts for high-performance ORRs.

In anion exchange membrane fuel cells, Pd nanoparticles are extensively studied as promising non-Pt catalysts due to their electronic structure similar to Pt. In this study, to fabricate Pd nanoparticles well dispersed on carbon support materials, we propose a synthetic strategy using mixed organic ligands with different chemical structures and functions. Simultaneously to control the Pd particle size and dispersion, a ligand mixture composed of oleylamine(OA) and trioctylphosphine(TOP) is utilized during thermal decomposition of Pd precursors. In the ligand mixture, OA serves mainly as a reducing agent rather than a stabilizer since TOP, which has a bulky structure, more strongly interacts with the Pd metal surface as a stabilizer compared to OA. The specific roles of OA and TOP in the Pd nanoparticle synthesis are studied according to the mixture composition, and the oxygen reduction reaction(ORR) activity and durability of highly-dispersed Pd nanocatalysts with different particles sizes are investigated. The results of this study confirm that the Pd nanocatalyst with large particles has high durability compared to the nanocatalyst with small Pd nanoparticles during the accelerated degradation tests although they initially indicated similar ORR performance.

물 부족 현상의 해결책으로 저에너지 해수담수화가 가능한 정삼투 공정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 정삼투는 다양한 수처리 분야에 적용이 가능하며 낮은 비용, 낮은 에너지 소비량, 낮은 막오염의 장점을 가지며 이로 인해 최근 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근에는 고분자 전해질을 이용한 유도용질, 온도감응성 고분자를 이용한 유도용질, 나노재료를 이용한 나노파티클 유도용질의 연구가 진행되었으나 상용화에는 이르지 못하고 있다. 본 연구에서는 분자량 약 800의 폴리에틸렌이민을 카복실산 금속염의 형태로 치환함으로써 물에 대한 용해도가 큰 PEI800-K을 합성하였다. 이를 유도용질로서 성능평가를 진행하여 다른 유도용액과 비교실험을 수행하고, 정삼투 후 유도용질의 회수를 위해 나노여과를 사용하였다.

We synthesized new hole-transporting material, N,N'-diethyl-3,3'-bicarbazyl (E-Cvz-2), 9,9'-diethyl-6-(9-ethyl-carbazol-3-yl)-3,3'-bicarbazole (E-Cvz-3), 6-(9,9'-diethyl-3,3'-bicarbazol-6-yl)-9,9'-diethyl-3,3'-bicarbazole (E-Cvz-4A) and 9-ethyl-6-(9-ethyl-3,9'-bicarbazol-6-yl)-3,9'-bicarbazole (E-Cvz-4B). EL luminance efficiencies of E-Cvz-2, E-Cvz-3, E-Cvz-4A and E-Cvz-4B devices were found to be 4.77, 5.68, 4.27 and 4.64 cd/A, respectively, when synthesized materials are using as a HTL material. The luminance efficiency of E-Cvz-3 is 25% higher than that of NPB, a commercialized HTL material used as a reference in this study.

An ionic polyacetylene with the pendent N-glycidylpyridinium bromide, poly(2-ethynyl-N-glycidylpyridinium bromide), was synthesized in 91% yield by the activated polymerization of 2-ethynylpyridine with epibromohydrin without any additional catalyst or catalyst. This polymer exhibited characteristic UV-visible absorption band at 515nm and yellow PL spectrum at 598nm corresponding to the photon energy of 2.07 eV. The cyclovoltamograms of polymer exhibited the electrochemically stable window in the region of 1.41.8V and the redox current value gradually increased as the scan rate increased. The kinetics of the redox process of polymer was found to be well-controlled by the reactant diffusion process from the experiment of the oxidation current density of PEGPB versus the scan rate.

The activated polymerization of 2-ethynylpyridine by using 2-thiophenecarbonyl chloride yielded the corresponding conjugated ionic polymer, poly[2-ethynylN-(2-thiophenecarbonyl)pyridinium chloride] (PETCPC). The polymerization proceeded well to give high yield of polymer without any additional initiator or catalyst. The instrumental analysis data on polymer structure indicated that the present ionic polymer have a conjugated polymer backbone system having N-(2-thiophenecarbonyl)pyridinium chloride as substituents. The photoluminescence maximum peak of PETCPC was located at 573 nm, which corresponds to the photon energy of 2.16 eV. The aromatic functional substituents in the conjugated backbone system shift PL maximum values because it makes different molecule arrangement. The cyclovoltamograms of PETCPC exhibited the electrochemically stable window at 1.24 to 1.80 V region.

지구온난화의 주요 원인인 CO2로 인한 대기 기온 상승은 세계적으로 큰 화두가 되고 있다. 고분자 분리막을 이용한 이산화탄소 포집용 분리막 제조는 공정의 단순화와 가격적인 측면에서 우수하며 이산화탄소 분리성능이 우수하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 Si-PEG를 이용한 이산화탄소 포집용 기체 분리막을 제조하였다. 분리막 제조에 앞서 Si-PEG를 합성한 뒤, 1H-NMR, GPC, FT-IR을 통해 합성의 유무를 판단하였다. 복합막 제조는 지지체위에 Si-PEG를 코팅하여 제조하였다. 코팅제는 Isocyanate, Si-PEG, 촉매를 사용하여 코팅을 실시하였으며 가교를 위하여 고온공정을 진행하였다. 제조한 기체투과 복합막은 50GPU의 이산화탄소 포집값을 보이며 질소에 대한 이산화탄소의 선택도는 15의 결과를 보여 기체분리막으로의 활용 가능성을 확인하였다.

Poly(ethylene glycol) (PEG)는 CO2와 높은 친화력을 가지고 있기 때문에 CO2 분리막으로 많이 사용되고 있다. 하지만 PEG의 이용한 기체분리막은 낮은 물성 및 높은 결정화도로 인해 제조에 어려움, 낮은 투과도 및 CO2에 대한 가소화 현상으로 인한 선택도의 감소 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 가교시스템을 도입하여 결정화도를 줄이고, 가교밀도를 조절함으로써 기계적 강도를 향상 시켰다. PEG와 가교가 가능한 모노머를 혼합한 후 자유라디칼 중합을 통해 PEG계 가교형 고분자를 제조하였고, time-lag 장비를 이용하여 기체투과 특성을 알아보았다.

The hybrid membrane/distillation process has been suggested as an alternative to the conventional energy-intensive olefin/paraffin separation technology. In this study, bulky ethyl substituent-containing polyimides were synthesized from various aromatic dianhydrides and 4,4'-methylenebis (2,6-diethylaniline) by azeotropic imidization, and its gas tranport properties were investigated. Ethyl groups were placed ortho to the imide nitrogen, which hinders backbone rotation, chain packing, and flexibility. The synthesized polyimides exhibited a good thermal stability with high glass transition temperatures (268-285 ℃). The prepared polyimide membranes exhibited high propylene/propane selectivity and lied near to the upper bound line.

본 연구에서는 후처리 기능화를 통해 아민이 함유된 ZIF-8-A를 제조하고, 이를 이산화탄소 흡착제로 적용하였다. 첨가한 3-amino-1,2,4-triazole의 함량에 따라 15, 37, 61, 그리고 74 %의 아민기를 포함한 ZIF-8-A를 제조하였으며, 다양한 분석을 통해 이들의 물성특성을 조사하였다. 그 결과, 아민 함량에 따라 ZIF-8-A의 게이트 크기 조절되고 가스 투과도 및 선택도에 영향을 미치는 것을 확인하였다. ZIF-8-A61%는 기존 ZIF-8 대비 CO2/N2 및 CO2/CH4에 대한 선택도가 3.4 및 4.7배 증가하였으며, 이는 구조내 가스 투과를 위한 게이트 사이즈의 조절 및 아민과 이산화탄소의 상호작용에 기인한 것으로 판단하였다.

본 연구에서는 바늘형 종결정 코팅 양을 조절함으로써 결정학적으로 b-축 그리고 c-축으로 배향된 모데나이트 제올라이트 분리막을 제조하고 결정학적 배향이 투과증발 에탄올 탈수 거동에 미치는 영향을 고찰하였다. c-축 방향으로 길게 자란 종결정 코팅 양이 증가할수록 b-축 방향에서 c-축 방향으로 성장된 분리막이 얻어졌고, 진화론적 성장 기구에 의해 설명되었다. 8R 단일채널을 갖는 b-축 배향된 분리막은 1000 이상의 선택도와 0.2 kg/m2h의 총 유속을 나타냈다. b-축 방향으로 배향된 분리막이 높은 선택도와 상대적으로 높은 투과도를 보이는 것은 물의 운동역학적 직경이 8R의 직경에 비하여 작기 때문에 물의 이동이 방해되지 않는 반면 에탄올은 상대적으로 방해받기 때문으로 설명되어졌다.

분자수준에서 가교화된 고분자네트워크는 높은 내화학성과 비표면적을 가질 수 있다. 하지만 3차원으로 가교하기 위해서는 3개 이상의 다관능기를 가진 단량체가 사용되어야 하는데 합성 시 분자수준의 네트워크를 구성하기 전에 겔화가 되거나 침전이 발생하게 되어 높은 가교도의 고분자네트워크를 합성할 수 없다. 본 발표에서는 유기 졸-겔법을 이용하여 가교화된 고분자네트워크가 용매내에 안정하게 분산되어 있는 졸을 합성한다. 합성된 sol은 다양한 공정에 의해 나노파티클, 나노캡슐, 프리스탠딩 필름, 계층적 기공구조를 가지는 모노리스, 고분자 복합체로 가공이 가능하며 이를 이용하여 흡착제, 기체분리막 등 가스분리 응용에 적용한다.