• 한국세라믹학회지
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• 제38권1호
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• pp.84-92
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• 2001

(La,Sr)MnO$_3$(LSM)-YSZ 복합체 양극의 산소환원 반응기구에 대해 고찰하였다. YSZ를 첨가함에 따라 복합체 양극의 ohmic 저항이 증가하고, 분극 저항은 YSZ를 40 wt%~50 wt% 혼합하였을 때 최소값을 나타내었다. 또한 LSM-YSZ 복합체 양극의 산소환원 반응기구는 1가 산소이온의 표면확산과 산소이온전달반응에 의해서 지배됨을 알 수 있었다. 임피던스 분석 결과에 따르면 고주파수 영역에서 나타나는 반원은 산소이온전달반응으로 산소분압 의존성이 거의 없고, YSZ가 40 wt% 첨가되었을 때 최소값을 나타내었다. 중간주파수 영역에서 나타나는 반원은 1가 산소이온의 표면확산반응으로 산소분압 의존성은 약 1/4이고, YSZ가 40~50 wt% 첨가되었을 때 최소값을 나타냈다. 한편, 저주파수 영역에 나타나는 반원은 가스확산반응으로 산소분압 의존성이 1이고, 온도에 따른 의존성이 거의 없었다.

• 자원리싸이클링
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• 제18권5호
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• pp.12-18
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• 2009

고분자전해질 연료전지용 캐소드 촉매로서 화학환원법을 이용하여 20% Pt/C 제조하고 다양한 온도($300-600^{\circ}C$)열처리하여 산소환원반응을 평가하였다 $300-400^{\circ}C$에서 열처리한 20% Pt/C가 높은 산소환원반응 활성을 나타냈으며, 특히 $300^{\circ}C$에서 열처리한 촉매를 0.6V에서의 정전위를 측정한결과, 열처리하지 않은 촉매에 비해서 산소환원 반응 활성정도가 2배 높게 나타났다. TEM 및 XRD 분석을 이용하여 조사한 결과, 열처리 온도가 높아짐에 따라서 백금 입자 크기가 커지고 결정화도가 증가하는 것을 확인하였다. 이러한 결과에서 산소환원반응 활성을 위한 백금의 입자 크기와 결정화도가 $300^{\circ}C$에서 최적화되는 것으로 판단된다.

• 대한화학회지
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• 제37권8호
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• pp.735-743
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• 1993

Cofacial bis-cobalt tetraphenylporphyrin(Co-TPP) 유도체 화합물들이 수식된 유리질 탄소 전극과 carbon microelectrode을 작업 전극으로 사용하여 여러가지 pH 용액에서 순환 전압전류법 및 시간 전류법에 의해 산소의 환원반응을 조사하였다. 산성용액에서 monomer인 cobalt tetraphenylporphyrin 화합물이 수식된 전극에서 산소의 환원반응경로는 중간 생성물인 H$_2$O$_2$로 가는 2전자 반응으로, dimer인 cofacial bis-cobalt tetraphenylporphyrin 유도체 화합물들이 수식된 전극에서는 최종 생성물인 H$_2$O로 가는 4전자 반응으로 진행되었다. 이와 같은 산소의 환원반응은 전체적으로 비가역적이며 확산지배적인 반응으로 주어졌다. pH 변화에 따른 산소의 환원전위는 pH 13에서 pH 4 까지는 직선관계가 성립하였으나 강한 산성용액에서는 이들 관계가 성립하지 않았다. 산성용액에서 산소의 환원전위는 알몸 유리질 탄소전극에서 보다 monomer Co-TPP 화합물이 수식된 유리질 탄소전극에서는 400 mV만큼, dimer Co-TPP 화합물이 수식된 전극에서는 750 mV 만큼 더 양전위 방향으로 이동되었다.

• 청정기술
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• 제20권3호
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• pp.269-276
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• 2014

본 연구는 수은연속측정시스템의 가장 중요한 구성 요소의 하나인 산화수은을 원소수은으로 환원시킬 수 있는 건식 환원촉매시스템 개발을 목적으로 수행되었다. 산화-환원 표준전위를 기준으로 산화수은의 원소수은으로의 환원반응을 자발적으로 일으킬 수 있는 촉매 대상물질로 Fe, Cu, Ni 및 Co 4종류의 전이금속이 선택되었다. 이들 전이금속 촉매들은 산소가 없는 반응가스 조성에서 산화수은의 원소수은으로의 환원반응에 대해 높은 활성을 보였다. 그러나 산소가 존재하는 경우 환원 활성이 크게 감소하는데 이는 산소에 의해 해당 전이금속이 산화수은 환원 활성이 낮은 전이금속산화물로 변환되기 때문이다. 반응가스에 산소가 존재하여도 수소를 공급하면 산화수은 환원 활성이 크게 증가되는데 이는 산화수은의 환원반응이 진행되는 고온에서 산소와 수소 사이의 연소반응에 의해 산소가 소모되기 때문으로 확인되었다. Fe를 환원촉매로 하고 배기가스에 수소를 공급하는 산화수은 환원촉매시스템은 $SnCl_2$ 수용액을 사용하는 습식화학 환원기술에 필적할 수준의 활성을 나타내기 때문에 상업적으로 적용 가능한 산화수은 환원시스템으로 기대된다.

• 공업화학
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• 제4권1호
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• pp.153-161
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• 1993

$700-900^{\circ}C$의 온도범위와 여러 산소분압 조건에서 고체전해질 연료전지의 양극인 $La_{0.9}Sr_{0.1}MnO_3$에서 산소의 환원반응특성을 조사하였다. AC 임피던스법과 전류중단법에 의해 산소환원반응의 전하전달저항을 측정하였는데 두 방법으로 구한 간이 서로 잘 일치하였다. 전기화학적 산소환원반응의 활성화에너지는 대기압 조건에서 174kJ/mol의 값을 보였고, 산소분압에 따른 전하전달저항의 측정결과로 부터 이 전극에서 전기화학적 산소환원반응의 율속단계는 전하전달과정임을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.477-477
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• 2012

미생물 연료전지는 정부가 추진하고 있는 신성장 동력사업의 녹색성장 정책에 부합하는 환경융합 신기술로써 일상생활에서 배출되는 하 폐수와 같은 유기물질을 전자공여체로 이용하여 전기에너지를 생산 할 수 있다는 점에서 각광받고 있다. 미생물 연료전지는 산화전극부의 미생물이 공급된 유기물질 을 분해하여 전자와 수소이온을 생성시키며 이들은 산소가 존재하는 환원전극부로 이동하여 물로 환원 됨 으로써 전기를 생성한다. 전기 화학적 성능의 향상을 위해 미생물 연료전지에서는 환원전극부에 서의 산소와 전자 및 수소이온의 빠른 환원반응을 유도해 주는 Pt촉매를 이용한다. 하지만 고가의 Pt 촉매는 미생물 연료전지의 현장적용을 위한 규모확장 시 초기비용이 증가되는 문제점을 초래한다. 이에 미생물 연료전지의 대체촉매 개발에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 화학적 연료전지에 관한 논문에서 연료전지의 촉매로 산소 환원반응에 높은 성능을 보이는 Co-N/C 형태의 Cobalt poly-pyrrole carbon가 제시 되었다. 이는 가격적인 측면에서는 Pt촉매의 약1/10배 정도 수준이지만 셀 성능은 Pt촉매의 95%정도의 효율을 보인다는 측면에서 향후 Pt 대체촉매로 가능성을 보여주는 새로운 비금속 촉매물질이다. Cobalt poly-pyrrole carbon이 Pt-catalsyt 셀 전압 성능 대비 약 66 %의 효율을 보였고 내부저항과 최대전력 밀도에 있어서도 촉매를 사용하지 않은 경우와 비금속 촉매의 성능보다 높음을 알 수 있었다. 본 연구는 Pt-catalsyt를 대체할 수 있는 저가의 산소환원 촉매물질 발굴을 위해 미생물연료전지에서 사용된 전례가 없으며 현재 화학전지의 촉매로 널리 쓰이고 있는 Cobalt poly-pyrrole carbon의 산소환원 촉매로써의 이용가능성을 평가하기 위해 실시되었으며, 평가한 결과는 첫 번째로 Cobalt poly-pyrrole carbon을 사용한 경우가 촉매를 사용하지 않은 경우와 비금속 촉매보다 환원 전극부에서의 원활한 환원작용이 진행되고 있음을 추측할 수 있으며 Pt-catalyst와 비교하였을 때 성능 대비 저렴한 가격으로 가격 경쟁력에 있어서 우월하다고 판단되었고 두 번째로 전기화학적 성능평가 및 EIS를 이용한 환원전극부의 내부저항 평가를 실시한 결과 셀 전압에 있어서 가장 많은 도말량 ($2.0mg/cm^2$)이 높은 성능을 보이고 있음을 알 수 있었다.

• 청정기술
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• 제20권3호
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• pp.212-217
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• 2014

재생공정에서 황화 된 탈황흡수제의 재생을 위하여 산소는 산화제로 사용되었다. 재생공정에서 미량의 미 반응 산소는 직접 황 회수 공정으로 유입된다. 그러나, $SO_2$ 환원을 위한 반응성은 미 반응 산소의 다양한 이유에 의해서 저하된다. $SO_2$ 환원을 위한 반응성 실험을 위해 Sn-Zr계 촉매가 사용되었으며, $SO_2$와 $O_2$는 각각 5.0 vol%와 4.0 vol%로 고정하였고 $300-450^{\circ}C$와 1-20 atm에서 수행되었다. 본 연구에서는 고온건식 탈황공정의 직접 황 회수공정에 유입되는 미 반응산소에 의한 촉매반응성 저하에 미치는 영향을 조사하였다. $SO_2$ 환원으로 생성된 원소 황은 미 반응산소에 의해서 재산화되고, redox반응기구에서 Sn-Zr계 촉매의 빈 격자 산소자리가 미 반응산소에 의해서 재산화되므로 $SO_2$ 전화율은 감소되는 것으로 판단된다. 한편 환원제로써 공급된 CO는 미 반응산소에 의해서 산화되어 연소열에 의해 촉매 충전 층 온도가 상승되기도 한다. 결과적으로 충전 층의 빠른 온도상승은 활성 물질을 소결시켜 촉매의 비활성화를 초래하게 된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권1호
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• pp.96-104
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• 2009

혼합금속산화물에 담지된 Pd-Rh 허니컴 촉매 상에서 NO와 $N_2O$를 동시에 저감하기 위한 반응 온도를 낮추면서 각각의 반응물에 대한 전환율을 높이기 위하여, 환원제로 수소 또는 일산화탄소 사용에 대해 조사하였다. 각각의 환원제 사용 시, NO와 $N_2O$의 전환율에 대한 반응 조건의 영향을 조사하기 위해 반응온도, 각 환원제와 산소의 농도, NO와 $N_2O$ 간의 농도 비율 등을 변화시켰다. 먼저 수소를 환원제로 사용하는 경우, 산소의 부재시 $200^{\circ}C$ 미만의 저온에서 50% 이상의 NO와 $N_2O$ 전환율을 얻을 수 있었다. 한편, 일산화탄소를 환원제로 사용하는 경우에는 NO와 $N_2O$ 전환율이 각각 $200^{\circ}C$와 $300^{\circ}C$ 이상에서 증가하기 시작하였다. 그러나, 두 가지 환원제 모두의 경우에서, 반응 가스내에 산소 농도가 증가함에 따라 $N_2O$와 NO 전환율에 감소하였다. 결과적으로 일산화탄소 환원제에 비해, 수소 환원제가 상대적으로 저온에서 NO와 $N_2O$를 동시에 저감할 수 있으며, 산소 농도에 의한 영향을 덜 받는 것으로 나타났다. 반면, 반응물내 $N_2O$와 NO 농도비에 의한 NO와 $N_2O$ 전환율의 영향은 환원제의 종류에 크게 영향을 받지 않는 것으로 관찰되었다. 저온에서 NO와 $N_2O$를 동시에 저감시키기 위해서는 산소 분위기보다는 수소 분위기에서 촉매를 전처리하는 것이 보다 효과적인 것으로 나타났다.

• 한국세라믹학회지
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• 제38권1호
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• pp.93-99
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• 2001

(La,Sr)MnO$_3$(LSM)-YSZ 복합체 양극에 있어서 소결온도 및 전극두께와 cathodic potential이 전극 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 양극의 소결은 삼상계면의 양을 결정하는 중요한 변수로 LSM 단미 양극과 YSZ가 40 wt% 포함된 LSM-YSZ 복합체 양극 모두 120$0^{\circ}C$에 소결했을 때 가장 낮은 분극저항을 나타내었다. 또한 양극 후막의 두께가 얇아지면 양극의 in-plane 저항이 증가하여 ohmic 저항이 증가하였는데, LSM-YSZ 복합체 양극의 경우 약 30$mu extrm{m}$ 정도의 전극두께가 가장 효과적인 전극 특성을 나타내었다. 한편, LSM-YSZ 복합체 양극에 -0.5 V의 cathodic potential을 인가함에 따라 양극에서 일어나는 산소환원반응의 활성이 증가하였는데, 1가 산소이온의 표면확산반응의 분극저항은 감소하였으나, 고주파수 영역에서 나타나는 산소이온전달반응의 저항은 거의 변화하지 않았다. 이것은 Mn의 환원에 의한 양극표면에 생성된 산소공공에 기인한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제45권5호
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• pp.506-514
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• 2007

합성가스 연소 매체순환식 가스연소기 적용을 위한 최적 산소공여입자를 선정하기 위해 네 가지 산소공여입자(NiO/bentonite, $NiO/LaAl_{11}O_{18}$, $Co_xO_y/CoAl_2O_4$, $NiO/NiAl_2O_4$)에 대해 환원반응기체로 모사 합성가스($H_2,\;CO2$, CO 각각 30, 10, 60%)를 사용하여 열중량 분석기(TGA)에서 환원반응특성 및 탄소침적특성을 측정 및 해석하였다. 환원반응온도가 증가함에 따라 최대전환율, 산소전달능력이 증가하였고 산소전달속도 측면에서 $900^{\circ}C$가 합성가스 연소반응에 적합한 조건으로 나타났으며 높은 환원반응온도(${\geq}800^{\circ}C$)에서는 네 가지 입자 모두에 대해 탄소침적현상이 나타나지 않았다. 네 가지 산소공여입자 중 NiO 계 산소공여입자가 CoO 계 산소공여입자에 비해 반응성이 높게 나타났으며 NiO/bentonite 입자가 산소전달속도, 탄소침적도 면에서 가장 좋은 반응성을 나타내었다. NiO/bentonite 입자에 포함된 금속산화물의 함량이 증가함에 따라 산소전달능력과 산소전달속도가 증가하는 것으로 나타나 금속산화물의 함량이 높은 산소공여입자가 매체순환식 가스연소기의 안정적인 조업에 유리한 것으로 나타났다.