• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.22 no.1
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• pp.26-36
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• 2018

Conventional nickel-based catalyst processes used for dry reforming reactions have high activation temperatures and problems such as carbon deposition and metal sintering on the active sites of the catalyst surface. In this study, the characteristics of butane dry reforming reaction were investigated by using DBD plasma combined with catalytic process and compared with existing catalyst alone process. The physical and chemical properties of the catalysts were investigated using a surface area & pore size analyzer, XRD, SEM and TEM. Using $10%Ni/{\gamma}-Al_2O_3$ at $580^{\circ}C$, in the case of the catalyst+plasma process, the conversion of carbon dioxide and butane were improved by about 30% than catalyst alone process. When the catalyst+plasma process, the conversion of carbon dioxide and butane and the hydrogen production concentration are enhanced by the influence of various active species generated by the plasma. In addition, it was found that the particle size of the catalyst is decreased by the plasma in the reaction process, and the degree of dispersion of the catalyst is increased to improve the efficiency.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.59 no.2
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• pp.281-295
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• 2021

In this study, the direct amination of ethanol was performed over impregnated Ni on SiO2-Al2O3 mixed oxide catalysts prepared by varying Si/(Si + Al) molar ratio to 30 mol%. To characterize the physico-chemical properties of the catalysts used, X-ray diffraction (XRD), N2-physisorption, temperature-programmed desorption of iso-propyl alcohol (IPA-TPD), temperature-programmed desorption of ethanol (EtOH-TPD), temperature-programmed reduction with H2 (H2-TPR), H2-chemisorption and transmission electron microscopy (TEM) were used. The acidic property was continuously increased until Si/(Si + Al) = 30 mol% in SiO2-Al2O3 mixed oxides used. The dispersion of Ni metal and surface area, acid characteristics of the supported Ni catalyst have a complex effect on the catalytic reaction activity. The low reduction temperature of nickel oxide and acidic properties were beneficial to the formation of acetonitrile. In terms of conversion of ethanol, Ni/SiO2-Al2O3 catalyst with a molar ratio of 10 mol% Si/(Si+Al) showed the highest activity and a volcanic curve based on it. The tendency of results were consistent in the metal dispersion and catalytic activity.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.351-352
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• 2011

그래핀(Graphene)은 2차원 평면구조의 $sp^2$ 탄소 결합으로 이루어진 물질이다. 일반적으로 그래핀은 탄소 원자 한층 정도의 얇은 두께를 가지면서 강철의 100배 이상 높은 강도, 다이아몬드보다 2배 이상 뛰어난 열 전도성, 그리고 규소보다 100배 이상 빠른 전자이동도 등의 매우 우수한 특성을 지닌다. 그래핀을 합성하거나 얻는 방법에는, 기계적 박리법(Micro mechanical exfoliation), 산화흑연(graphite oxide)을 이용한 reduced graphene oxide(RGO)방법과 탄화 규소(SiC)를 이용한 epitaxial growth 방법 등이 있지만, 대 면적화가 어렵거나 구조적 결함이 큰 문제점이 있다. 반면, 탄화수소(hydrocarbon)를 탄소 공급원으로 하는 열화학 기상 증착법(Thermal chemical vapor deposition, TCVD)은 구조적 결함이 상대적으로 적으면서 대 면적화가 가능하다는 이점 때문에 최근 가장 많이 이용되고 있는 방법이다. TCVD를 이용, 니켈, 몰리브덴, 금, 코발트 등의 금속에서 그래핀 합성연구가 보고되었지만, 대부분 수 층(fewlayer)의 그래핀이 합성되었다. 하지만, 구리 촉매를 이용하는 것이 단층 그래핀 합성에 매우 효율적이라는 연구결과가 보고되었다. 구리의 경우, 낮은 탄소융해도(solubility of carbon) 때문에 표면에서 self limiting 과정을 통하여 단층 그래핀이 합성된다. 그러나 단층 그래핀 일지라도 면저항(sheet resistance)이 매우 높고, 이론적 계산값에 비해 전자이동도(electron mobility)가 낮게 측정된다. 이러한 원인은 구조적 결함에서 기인된 것으로써 산업으로의 응용을 어렵게 만들기 때문에 양질의 단층 그래핀 합성연구는 필수적이다[1,2]. 본 연구에서는 TCVD를 이용하여 구리 포일(25 ${\mu}m$, Alfa Aeser) 위에 메탄가스를 탄소공급원으로 하여 수소를 함께 주입하고, 메탄가스의 양과 합성시간, 열처리 시간을 조절하면서 균일한 단층 그래핀을 합성하였다. 합성된 그래핀을 $SiO_2$ (300 nm)기판위에 전사(transfer)후 라만 분광법(raman spectroscopy)과 광학 현미경(optical microscope)을 통하여 분석하였다. 그 결과, 열처리 시간이 증가할수록 촉매로 사용된 구리 포일의 grain size가 커짐을 확인하였으며, 구리 포일 위에 합성된 그래핀의 grain size는, 구리 포일의 grain size에 의존하여 커짐을 확인하였다. 또한 동일한 grain 내의 그래핀은 균일한 층으로 합성되었다. 이는 기계적 박리법, RGO 방법, epitaxial growth 방법으로 얻은 그래핀과 비교하여 매우 뛰어난 결정성을 지님이 확인되었다. 본 연구를 통하여 면적이 넓으면서도 결정성이 매우 뛰어난 양질의 단층 그래핀 합성 방법을 확립하였다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.28 no.3
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• pp.323-328
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• 2006

The purpose of this paper was to investigate the reforming characteristics and optimum operating condition of the GlidArc-assisted $C_3H_8$ reforming reaction for the synthesis gas(SynGas) production without formation of carbon black from propane using GildArc plasma reforming. Also, in order to increase the hydrogen production and the propane conversion rate, 13 wt % nickel catalyst was filled into the catalytic reactor and parametric screening studies were conducted, in which there were the variations of vapor mole ratio$(H_2O/C_3H_8),\;CO_2$ mole ratio($CO_2/C_3H_8$), input power and injection flow rate. When the variations of vapor mole ratio, $CO_2$ mole ratio, input power and injection flow rate were 1.86, 0.48, 1.37 kW and 14 L/min, respectively, the conversion rate of the propane reached its most optimal condition, or 62.6%. Under the condition mentioned above, the dry basic concentrations of the SynGas were $H_2\;44.4%,\;CO\;18.2%,\;CH_4\;11.2%,\;C_2H_2\;2.0%,\;C_3H_6\;1.6%,\;C_2H_4\;0.6%\;and\;C_3H_4$ 0.4%. The conversion rate of carbon dioxide was 29.2% and the concentration ratio of hydrogen to carbon monoxide($H_2/CO$) in the SynGas was 2.4.

• Clean Technology
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• v.14 no.3
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• pp.176-183
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• 2008

The purpose of this study is to upgrade the catalysts for synthesizing mixed octenes using normal butene and the catalysts for synthesizing $C_9$-aldehyde through hydroformylation of mixed octenes with syngas. The in-line activation method with circulating activating solution was effective for activation of the $NiO/A1_{2}O_3$ catalyst. The reason for catalyst deactivation may be ascribed to physi-sorbed materials or oligomers which block pore entrance and then prevent active sites from participating a reaction. Continuous distillation apparatus was used for separating mixed octenes from dimerization products. When reflux ratio was above 3 : 1, mixed octene fraction of which purity was above 99.57% was obtained. In $C_9$-aldehyde synthesis through hydroformylation of mixed octenes, we investigated a performance of ligand which increased catalyst stability as well as activity of Co catalyst. The results indicated that TPPO, NMP, NDMA, and succinonitrile were suitable ligand for increasing initial activity and reducing loss of Co during catalyst recovery.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.34 no.1
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• pp.30-35
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• 2024

In order to improve the efficiency of the water splitting system for hydrogen production, the high overvoltage in the electrochemical reaction caused by the catalyst in the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) must be reduced. Among them, transition metal-based compounds are attracting attention as catalyst materials that can replace precious metals such as platinum that are currently used. In this study, nickel foam, an inexpensive metal porous material, was used as a support, and Fe-doped β-Ni(OH)₂ microcrystals were synthesized through a hydrothermal synthesis process. In addition, in order to improve OER properties, changes in the shape, crystal structure, and water splitting characteristics of Fe-Mo co-doped β-Ni(OH)₂ microcrystals synthesized by co-doping with Mo were observed. The changes in the shape, crystal structure, and applicability as a catalyst for water splitting were examined.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.16 no.5
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• pp.641-647
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• 2005

The partial oxidation of methane is one of important processes for hydrogen production. As a membrane reactor, palladium-silver (Pd-Ag) alloy membrane prepared by electroless plating technique was employed for partial oxidation of methane. The experimental variables were reaction temperature, $O_2/CH_4$ mole ratio, $CH_4$ feed rate, and $N_2$ sweep gas flow rate. The methane conversions increased with the reaction temperatures in the range of 350 to $730^{\circ}C$. The highest methane conversion and CO selectivity were obtained at the condition of $O_2/CH_4$ mole ratio of 0.5 and $730^{\circ}C$ using commercially available nickel/alumina catalyst. The Pd-Ag membrane reactor showed higher methane conversions, 10~40% higher, compared to those in a traditional reactor.

• Journal of Powder Materials
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• v.25 no.3
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• pp.213-219
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• 2018

We report a method for preparing rare earth oxides ($Re_xO_y$) from the recycling process for spent Ni-metal hydride (Ni-MH) batteries. This process first involves a leaching of spent Ni-MH powders with sulfuric acid at $90^{\circ}C$, resulting in rare earth precipitates (i.e., $NaRE(SO_4)_2{\cdot}H_2O$, RE = La, Ce, Nd), which are converted into rare earth oxides via two different approaches: i) simple heat treatment in air, and ii) metathesis reaction with NaOH at $70^{\circ}C$. Not only the morphological features but also the crystallographic structures of all products are systematically investigated using field-emission scanning electron microscopy (FESEM) and X-ray diffraction (XRD); their thermal behaviors are also analyzed. In particular, XRD results show that some of the rare earth precipitates are converted into oxide form (such as $La_2O_3$, $Ce_2O_3$, and $Nd_2O_3$) with heat treatment at $1200^{\circ}C$; however, secondary peaks are also observed. On the other hand, rare earth oxides, RExOy can be successfully obtained after metathesis of rare earth precipitates, followed by heat treatment at $1000^{\circ}C$ in air, along with a change of crystallographic structures, i.e., $NaRE(SO_4)_2{\cdot}H_2O{\rightarrow}RE(OH)_3{\rightarrow}RE_xO_y$.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.368-368
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• 2016

그래핀(Graphene)은 탄소 원자가 6각 구조로 이루진 2차원 알려진 물질 중 가장 얇은(0.34 nm) 두께의 물질이며 그 밴드구로조 인해 우수한 전자 이동도($200000cmV^{-1}s^{-1}$)를 가지고 있며, 이외에도 기계적, 화학적으로 뛰어난 특성을 가진다. 대면적화 된 그래핀을 성장시키기 위한 방법으로는 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition)이 있다. 하지만 실제 여러 전이금속에서 합성되는 그래핀은 다결정으로, 서로 다른 면 방향을 가진 계면에서 전자의 산란이 일어나며, 고유의 우수한 특성이 저하되게 된다. 따라서 전자소재로 사용되기 위해서는 단결정의 대면적화 된 그래핀에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 앞서의 두 문제점 중, 단결정의 그래핀 합성에 크게 영향을 미치는 요인으로는 크게 합성 온도, 촉매 기판의 탄소 용해도, 촉매 표면에서의 탄소 원자의 확산성이 있다. 본 연구에서는 구리, 니켈, 실리콘에 비해 탄소 용해도가 낮으며, 탄소 원자의 높은 확산성으로 인해 단결정의 단층 그래핀을 합성에 적합하다고 보고된 저마늄(Germanium) 기판을 사용하여 그래핀을 합성하였다. 단결정의 그래핀을 성장시키기 위해 메탄(Methane; $CH_4$)가스의 주입량과 수소 가스의 주입량을 제어하여 성장 속도를 조절 하였으며, 성장하는 그래핀의 면방향을 제어하고자 하였다. 표면의 산화층(Oxidized layer)을 제거하기 위하여 불산(Hydrofluoric acid)를 사용하였다. 불산 처리 후 표면의 변화는 원자간력현미경(Atomic force microscopipe)을 통하여 분석하였다. 합성된 그래핀의 특성을 저 에너지 전자현미경(Low energy electron microscopy), 광전자 현미경(Photo emission electron microscopy), 라만 분광법(Raman spectroscopy), 원자간력현미경(Atomic force microscopy)와 투과전자현미경 (transmission electron microscopy)을 이용하여 기판 표면의 구조와 결정성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.212-212
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• 2016

2차원 탄소나노재료인 그래핀은 우수한 물성으로 인하여 광범위한 분야로 응용이 가능할 것으로 예상되어 많은 주목을 받아왔다. 이러한 그래핀의 응용가능성을 실현시키기 위해서는 보다 손쉽고 신뢰할 수 있는 합성방법의 개발이 필요한 실정이다. 그래핀의 합성 방법들로 흑연을 물리적 및 화학적으로 박리하거나, 특정 결정표면 위에 방향성 성장의 흑연화를 통한 합성, 그리고 열화학기상증착법(Thermal chemical vapor deposition; T-CVD) 등의 합성방법들이 제기되었다. 이중 T-CVD법은 대면적으로 두께의 균일성이 높은 그래핀을 합성하기 위한 가장 적합한 방법으로 알려져 있다. 그러나 일반적으로 T-CVD공정은 원료 가스인 탄화수소가스를 효율적으로 분해하기 위하여 $1000^{\circ}C$부근의 온공정이 요구되며, 이는 산업적인 응용의 측면에서 그래핀의 접근성을 제한한다. 따라서 대면적으로 고품질의 그래핀을 저온합성 할 수 있는 공정의 개발은 필수적이다. 본 연구에서는, 플라즈마를 이용하여 원료가스를 효율적으로 분해함으로써 그래핀의 저온합성을 도모하였다. 퀄츠 튜브로 구성된 수평형 합성장치는 플라즈마 방전영역과 T-CVD 영역으로 구분되며, 방전되는 유도결합 플라즈마는 원료가스를 효율적으로 분해하는 역할을 한다. 합성을 위한 기판과 원료가스로는 각각 전자빔 증착법을 통하여 300nm 두께의 니켈 박막이 증착된 실리콘 웨이퍼와 메탄가스를 이용하였다. 저온합성공정의 변수로는 인가전력과 합성시간으로 설정하였으며, 공정변수의 영향을 확인함으로써 그래핀의 저온합성 메커니즘을 고찰하였다. 연구결과, 인가전력이 증가되고 합성시간이 길어짐에 따라 원료가스의 분해효율과 공급되는 탄소원자의 반응시간이 보장되어 그래핀의 합성온도가 저하가능함을 확인하였으며, $400^{\circ}C$에서 다층 그래핀이 합성됨을 확인하였다. 또한 플라즈마 변수의 보다 정밀한 제어를 통해 합성온도의 저온화와 그래핀의 결정성 향상이 가능할 것으로 예상된다.