The catalyst materials 0N-Cu-MOF, 1N-Cu-MOF, and 2N-Cu-MOF were successfully synthesized usinga solvothermal method, and using different concentrations of nitrogen-modified Cu organic frameworks (xN-Cu-MOF). Characterizations using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area analysis showed that 1N-Cu-MOF had the largest SSA and pore size among the three materials synthesized. 1N-Cu-MOF exhibited the largest pore size and specific surface area among the three materials, which had a decisive effect on CO2 reduction. In addition, stability and CO2 reduction reaction (CO2RR) activity were evaluated by linear sweep voltmeter, cyclic voltmeter, electrochemical impedance spectroscopy, and time flow tests. Faradaic efficiency (FE) was determined by product analysis. Among the three catalyst materials, 1N-Cu-MOF showed the best catalytic performance at 50 mA･cm-2 (maximum current density). The charge transfer resistance was 8.23 Ω, the average current density was 19.9 mA･cm-2, and the FE of methane (CH4) production showed a high efficiency of 70.45 % when tested for 12 h at an overpotential of -0.35 V (to-RHE).

Toxic gas emissions are a critical global health concern, responsible for numerous deaths each year. These hazardous gases can cause severe physiological reactions and even death upon exposure. To address this issue, we propose a graphene-Kaptonbased flexible biosensor for non-invasive toxic gas detection. The sensor is designed to accurately detect and identify several harmful gases, including carbon monoxide (CO), fluorine azide ( FN3), hydrogen iodide (HI), nitrogen ( N2), methane ( CH4), nitrous oxide ( N2O), and ozone ( O3). Utilizing the Computer Simulation Technology (CST) Studio Suite 2024, we simulate the detection process, focusing on advanced techniques and miniature flexible structures. The sensor’s active element is a graphene patch embedded within a polyimide (Kapton) film, which allows for precise determination of the RF planar resonant structure’s frequency response. The graphene–Kapton biosensor is shown to have remarkable detection performance, as demonstrated by the results of the simulation, with a diffusivity of 9.09e−08[m2∕S] , an accuracy of 6.62e−13 , and a power loss of 1.5mW . These findings highlight the sensor’s potential as an effective tool for detecting and identifying toxic gases with high precision and efficiency.

본 연구에서는 순수 PEBAX® 분리막의 투과특성을 향상시키기 위해 개질된 fumed silica 나노입자를 혼합한 MMMs (mixed matrix membranes) 타입의 PEBAX®/fumed silica 하이브리드 분리막을 제조하고, 이산화탄소와 메탄의 투과 특성을 측정하였다. PEBAX®-1657/TS-530 하이브리드 소재의 경우, FT-IR과 XRD 분석을 통해 PEBAX® 고분자에 무기입자 가 비교적 잘 분산되었음을 확인하였다. 기체투과특성 측정 결과 TS-530을 10 wt% 혼합한 분리막의 경우, 순수 PEBAX® 분 리막과 비교하여 투과도 계수는 약간 감소하나 이상분리인자는 약간 증가하였다. 이는 비투과성 silica 입자의 도입에 따라 기 체 확산 경로가 줄어들고, 경로의 비틀림이 증가하기 때문으로 볼 수 있다. TS-530 함량이 증가함에 따라서는 투과도 계수와 이상분리인자 간에 전형적인 trade-off 경향을 보였다. 이는 TS-530 함량이 증가함에 따라 결정성이 감소하고, 고분자 사슬 간 충전 억제에 따라 자유부피가 증가하기 때문으로 볼 수 있다. 또한 무기입자 함량 증가에 나노간극의 형성 가능성이 높아지 고, 이에 따라 기체 확산도가 커지기 때문으로 판단된다.

본 연구에서는 세라믹 중공사 접촉막 모듈을 이용하여 CH4/CO2 혼합가스에서 CO2 분리 실험을 수행하였다. 높은 성능의 접촉막 모듈을 제작하기 위해 고투과성 중공사막의 제조 실험을 진행하였으며, 제조한 중공사막은 N2 기체투과실험을 통해 투과 성능을 평가하였다. 최종적으로 고투과도 중공사막을 이용하여 CH4/CO2 혼합 기체 분리를 위한 Hollow fiber membrane contactor (HFMC)를 제작하였다. 실험에는 CH4/CO2 혼합 기체(34.5% CO2, CH4 balance)와 monoethanolamine (MEA) 를 사용하였으며, CO2 제거 효율이 흡수제의 유량에 따라 어떠한 영향을 받는지 평가하였다. CO2 제거 효율은 액체유량이 증가함에 따라 같이 상승하였으며, CO2 흡수 flux 또한 액체유량과 함께 증가하는 결과를 보였다.