• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2010.05a
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• pp.50.1-50.1
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• 2010

내열성과 내부식성, 촉매능력등이 뛰어난 백금은 자동차 배출가스 정화촉매, 유/무기화학반응의 공정 촉매, 석유화학산업에서의 촉매 등 촉매 뿐만 아니라 용융유리용 도가니, 유리 섬유용 부싱 등의 유리산업, 백금 열전대 외에도 전기/전자기기, 치과용 합금, 장신구, 항공우주,등의 많은 분야에서 폭넓게 쓰인다. 한편 낮은 기계적 특성을 개선하기 위하여 로듐 등의 백금족 원소를 첨가한 합금을 제조하여 이용하고 있지만 로듐의 공금 부족과 이에 따른 가격 상승으로 인한 대체조성의 설계가 요구되고 있다. 또한 고온의 산화분위기에 노출이 되면 산화물이 형성되고 이것이 휘발하여 중량의 손실이 생긴다고 알려져 있다. 본 연구에서는 백금 합금의 이러한 문제점의 해결방안을 제시하고자 백금족 원소를 첨가하고 첨가 원소별 산화휘발의 정도를 측정하였다. 시편은 plasma arc melting법으로 각각 Pt, Pt-20%Rh, Pt-11%Ir, Pt-10%Rh-10%Ir의 조성을 가지는 합금을 만든 후 압연을 하여 판상으로 만들었고, 이를 각각 $1000^{\circ}C$, $1200^{\circ}C$, $1400^{\circ}C$ 등에서 각각 96시간 까지 산화휘발시켜 중량손실량을 측정하였고 이를 XPS를 이용한 표면분석을 하여 산화휘발거동을 규명하였다. 그 결과 Pt-20%Rh가 가장 우수한 고온산화휘발특성을 보였으며 상대적으로 고온산화휘발특성이 좋지 않은 Pt-Ir 2원계 합금에 Rh를 첨가한 Pt-10%Rh-10%Ir 3원계 합금을 만들어 약 60% 향상된 결과를 얻을 수 있었고 이 결과를 증기압 관점에서 고찰하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.4 no.4
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• pp.692-700
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• 1993

Corrosivities and catalytic activities of platinum-transition metal alloy catalyses loaded on carbon substrate and were studied by electrochemical method using a unit cell. And the analysis of Pt-alloy catalyst was conducted by x-ray diffractometer. Among the catalysts, the Pt-Mo/carbon, Pt-Fe-Co/carbon and Pt-Fe/carbon catalyst showed more excellent cathodic current densities than others. It was found that most of cathodic current density for the Pt-Mo/carbon electrode was $120mA/cm^2$. The current density of the Pt-Fe-Co/carbon was much higher than that of Pt/carbon, reaching $200mA/cm^2$.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.05a
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• pp.9.1-9.1
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• 2011

나노입자는 벌크에 비해 월등히 큰 비표면적(surface-to-volume ratio)과 작은 사이즈에서 오는 양자효과로 인해 촉매나 나노 전자 소자 등 여러 분야에서 응용되고 있다. 특히 백금 나노입자는 수소나 메탄올의 산화, 산소환원 반응의 독보적인 촉매로서 연료전지의 산화극과 환원극의 촉매로 널리 활용되고 있다. 본 연구에서는 높은 가격의 백금의 사용량을 줄일 수 있는 합금 나노입자 촉매에 대한 연구의 일환으로 Pd, Au, Cu, Ag 등의 원소를 활용한 합금 나노입자에 대한 구조 및 열역학적 안정성에 대한 연구를 수행하였다. 다양한 합금에 대한 원자간 포텐셜을 개발하였고, 이를 기반으로 몬테카를로 및 분자동력학 시뮬레이션을 수행하여 Pd-Pt, Cu-Pt, Ag-Pt, Au-Pt 이원계 합금 나노입자의 다양한 원자 구조 및 형상에 따른 결합에너지와 열역학적 특성에 대하여 분석하였다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.25 no.1
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• pp.78-83
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• 2014

In this research, we evaluated the performance and characteristics of carbon supported PtM (M = Ni and Y) alloy catalysts (PtM/Cs) synthesized by a modified polyol method. With the PtM/Cs employed as a catalyst for the oxygen reduction reaction (ORR) of cathodes in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), their catalytic and ORR activities and electrical performance were investigated and compared with those of commercial Pt/C. Their particle sizes, particle distributions and electrochemically active surface areas (EAS) were measured by TEM and cyclic voltammetry (CV), while their ORR activity and electrical performance were explored using linear sweeping voltammetries with rotating disk electrodes and rotating ring-disk electrodes as well as PEMFC single cell tests. TEM and CV measurements show that PtM/Cs have the compatible particle size and EAS with Pt/C. When it comes to ORR activity, PtM/C showed the equivalent or better half-wave potential, kinetic current density, transferred electron number per oxygen molecule and $H_2O_2$ production(%) to or than commerical Pt/C. Based on results gained by the three electrode tests, when the PEMFC single cell tests were carried out, the current density measured at 0.6 V and maximum power density of PEMFC single cell adopting PtM/C catalysts were better than those adopting Pt/C catalyst. It is therefore concluded that PtM/C catalysts synthesized by modified polyol can result in the equivalent or better ORR catalytic capability and PEMFC performance to or than commercial Pt/C catalyst.

• Clean Technology
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• v.30 no.1
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• pp.55-61
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• 2024

Efforts are actively underway to address the issues related to the high cost of Pt-based catalysts for oxygen reduction reactions by designing high-performance Pt-based alloys through the control of their nanostructures. In this study, a method was proposed to control the nanostructure of Pt-based alloys, either hollow or core-shell, by adjusting the pH of the solution during the galvanic replacement reaction between the carbon-supported nickel-nickel nitride composite and the Pt ions. The physical characteristics, including the state, quantity, and morphology of the metal particles under different preparation conditions, were evaluated through X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and inductively coupled plasma. When the prepared catalysts were employed for the oxygen reduction reaction, they exhibited an improvement in area specific-activity compared to a commercial Pt/C, with a 1.7 and 1.9-fold enhancement for the hollow and core-shell structured catalysts, respectively.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.10 no.12
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• pp.831-837
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• 2000

To improve the catalytic activity of platinum on polymer electrolyte fuel cell(PEFC), platinum was alloyed with cobalt and nickel at various temperature. By XRD, it was observed the crystal structure of alloy catalysts were the ordered face centered cubic(f.c.c) due to the superlattice line at $33^{\circ}$. As heat-treatment temperature was increased, the particle size of alloys also were increased and the crystalline lattice parameters were decreased. According to the results from mass activity, specific activity and Tafel slope measured by cell performance test and cyclic voltammogram, the catalyst activities of alloys are higher than that pure platinum.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.11 no.4
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• pp.313-318
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• 2008

The influence of the particle size of platinum(Pt) on the stability and activity was studied. The particle size of platinum was controlled in the range of $3.5{\sim}9\;nm$ by heat treatment of commercial Pt/C and confirmed by XRD and TEM. An accelerated degradation test was performed to evaluate the stability of platinum catalysts. Oxygen reduction reaction was monitored for the measurement of activity. As increasing the Pt particle size, the stability of Pt/C electrode was enhanced and the activity was reduced. It was confirmed that the stability of Pt/C electrode was in inverse proportion to the activity. PtCo/C alloy catalyst was used to improve the activity and stability of large-sized platinum particle. The maximum power density of commercial Pt/C was $507.6\;mV/cm^2$ and PtCo/C alloy catalyst was $585.8\;mV/cm^2$. The decrement of electrochemical surface area showed Pt/C(60%) and PtCo/C alloy catalyst(24%). It was possible to enhance both of stability and activity of catalyst by the combination of particle size control and alloying.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.97.1-97.1
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• 2011

저온에서 양이온 고분자막을 사용하는 고분자 연료전지의 경우 뛰어난 성능과 다양한 응용분야로 인해 많은 연구와 실증이 이루어지고 있지만 공기극에서의 느린 산소 환원반응으로 인해 백금과 같은 귀금속의 사용이 불가피하고 백금의 제한된 매장량과 높은 가격으로 인해 상용화가 늦어지고 있다. 그래서 많은 연구자들이 합금 촉매 또는 비귀금속 촉매를 이용한 전극 개발에 집중하고 있다. 알칼리 분위기에서 저가의 전이 금속들이 백금과 비슷한 활성을 보이고 고체 음이온 교환막이 개발됨에 따라 최근 알칼리 연료전지가 다시금 큰 주목을 받고 있다. 그러나 고분자 연료전지와는 달리 아직 촉매나 전해질막, 이오노머의 특성 및 메커니즘에 관해 별로 알려진 것이 없다. 본 연구에서는 직접 개발한 세공충진막 형태의 탄화수소계의 음이온 교환막과 비귀금속 공기극 촉매를 이용하여 막전극접합체(MEA)를 개발하였고 촉매 및 이오노머 함량과 같은 전극 조성, 막전극접합체의 제조 및 체결, 가습이나 가스조성 등의 단위전지 운전조건과 같은 다양한 변수에 대해에 최적 조건을 도출하고자 하였다. 공기극 촉매는 Cu-Fe/C를 이용한 상용 촉매를 이용하였고 이오노머의 경우는 탄화수소계의 상용 제품을 사용하였으며 음이온 교환막에 전극층을 형성하기 위해서는 스프레이 공정을 이용하였다. 단위전지를 통해 성능을 확인하였고 임피던스 및 CV를 통해 전기화학적인 특성을 규명하였다. 조건의 최적화를 통해 상당한 성능 향상을 이루었으나 추가적인 성능 향상 및 내구성 확보 등에 대해 계속적인 실험을 진행할 예정이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.86-86
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• 2017

고효율의 에너지 변환 및 친환경적인 이점들을 이유로, 고분자전해질 연료전지(PEMFC)는 차세대 에너지 장치로 이목을 끌어왔다. 반면, 값비싼 백금 촉매의 이용은 연료전지의 상업적 이용에 주요한 결점으로 작용했다. 최근, Zelenay와 연구팀은 폴리아닐린-철-탄소 복합체구조에서 산소환원활성이 백금과 견주어 비슷한 성능을 낼 수 있음을 보고 하였다. Dodelet은 이러한 높은 성능이 전이금속의 영향에 의한 것일 수 있다는 주장을 하였다. 본 연구팀은 지난 연구에서 제일원리전산모사를 통해 니켈, 코발트, 구리등과 같은 전이금속이 질소가 도핑된 탄소 그래핀층에 미치는 거동을 밝혔다. 결론적으로, 금속들은 질소가 도핑된 그래핀의 전자구조를 바꿀 수 있고, 이러한 전자구조의 변화는 산소 환원반응에서 긍정적으로 작용할 수 있음을 확인하였다. 이러한 이론적 연구에 기반하여, 탄소층으로 감싼 금속은 내구성과 활성을 동시에 보유한 향후 전망있는 촉매 물질로 예상되어진다. 특히, 질소가 도핑된 탄소층으로 코팅된 철-코발트 합금은 계산을 통해 산소환원반응에서 우수할 것으로 예측되었다. 본 연구팀은 FeCo@N-C 나노입자를 직접 합성하였고, 이 촉매의 우수한 활성을 전기화학적, 구조적 관점에서 1) 질소의 도핑 효과, 2) 탄소의 두께 효과, 3) 합금효과에 집중하여 분석하였다.

• Journal of the Korean Electrochemical Society
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• v.11 no.2
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• pp.109-114
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• 2008

Though ethanol can theoretically generate 12 electrons during oxidation to carbon dioxide, the complete oxidation of ethanol is hard to achieve due to the strong bond between the two carbons in its molecular structure. Therefore, development of high activity catalyst for ethanol oxidation is necessary for the commercialization of direct ethanol fuel cell. In this study, some binary and ternary electrocatalysts of PtSn/C and PtSnAu/C have been synthesized and characterized. The catalysts were fabricated with modified polyol method with the amounts of 20 wt%, where the Pt : Sn ratios in the PtSn/C were 1 : 0, 4 : 1, 3 : 1, 2 : 1, 1.5 : 1, 1 : 1, 1 : 1.5 and Pt:Sn:Au ratios in the PtSnAu/C were 5 : 5 : 0, 5 : 4 : 1, 5 : 3 : 2, 5 : 2 : 3. From the XRD and TEM analysis results, the catalysts were found to have face centered cubic structure with particle size of around $1.9{\sim}2.4\;nm$. The activity in the ethanol oxidation was examined with cyclic voltammetry and the results indicated that PtSn(1.5 : 1)/C and PtSnAu(5 : 2 : 3)/C had the highest activity in each catalyst system. Further tests with single cell were performed with those catalysts. It was found that PtSn/C(1.5 : 1) exhibited the best performance while the long term stability of PtSnAu/C(5 : 2 : 3) is better than PtSn/C(1.5 : 1).