• 공업화학
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• 제29권5호
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• pp.489-496
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• 2018

화학에너지를 전기에너지로 전환하는 친환경 에너지 자원으로 각광받는 연료전지에서 고분자 전해질 연료전지(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)의 비싼 백금촉매 사용, 고온가습조건에서의 전도도 감소 등의 문제로 음이온교환연료전지(anion exchange membrane fuel cell, AEMFC)가 주목을 받고 있다. 음이온교환연료전지는 비백금계 촉매를 사용하고 산소환원반응의 활성화 에너지가 낮아 효율이 더 우수한 장점이 있다. 하지만, 이산화탄소에 노출되어 전극손상, 이온전도도 감소 등의 문제점을 포함하여 여러 가지 해결해야 할 문제점이 있다. 따라서, 본 미니총설은 음이온 교환연료전지의 다양한 문제점을 여러 연구논문을 통해서 해결방안을 제시하고자 한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권6호
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• pp.1069-1074
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• 2008

구리 나노입자의 표면에 화학흡착한 octanethiol, decanethiol 및 dodecanethiol의 3D SAMs를 연구하였고, dodecanethiol의 투입량 변화에 따른 구리 나노입자의 산화 안정성을 고찰하였다. 제조 공정은 산소로부터 보호하기 위해 질소 분위기에서 수행하였고, 합성된 입자는 원심분리를 통하여 획득하였다. 구리 전구체는 Copper(II) nitrate, 환원제는 sodium borohydride를 사용하였으며, 반응은 단일상에서 진행하였다. 나노 크기의 구리입자는 TEM 분석을 통하여 확인하였고, 그 크기는 약 3~6 nm였다. FT-IR, XPS와 열중량분석(TGA) 결과 alkanethiol의 thiol기가 구리 표면에 화학흡착 한다는 것과 alkyl기의 사슬이 길수록 alkanethiol의 흡착양이 증가한다는 것을 확인하였고, XRD 패턴으로부터 구리 나노입자의 거대격자회절(superlattice diffraction)을 관측할 수 있었다. 그리고 dodecanethiol의 투입양이 구리의 투입양보다 적을 경우 구리는 $Cu_2O$의 형태로 산화되었으며, 구리보다 1.25배 많이 투입할 경우 더욱 조밀한 SAMs를 형성하였다.

• 대한화학회지
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• 제60권3호
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• pp.169-176
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• 2016

Borate 완충용액에서 Al의 부식과 부동화에 관하여 변전위법, 대 시간 전류법 그리고 다중 주파수 전기화학적 임피던스 측정법으로 조사하였다. 공기 또는 산소의 영향은 환원과정에 영향을 주었지만 산화반응에는 영향을 미치지 못 하는 것으로 보인다. 부동화 영역에서 생성되는 피막의 전기적 성질은 Mott-Schottky 식이 적용되는 n-type 반도체 성질을 보였다. 낮은 전극전위에서 생성되는 Al의 산화피막은 Al(OH)₃로 충분한 부동화 효과를 보이지 못하나, 전극전위가 증가하면서 Al₂O₃로 변하였다. Al₂O₃ 피막은 “전기장에 의한-이온의 이동” 과정에 의하여 성장하는 것으로 보인다.

• 대한화학회지
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• 제37권12호
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• pp.1010-1018
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• 1993

티타늄 금속판을 양극산화하여 제조한 $TiO_2$ 박막을 전극으로 사용하여 1M NaOH 용액에서 광전기화학적 성질을 연구하였다. $TiO_2$ 전극들의 flatband potential은 대략 -0.8V 정도로 이들 값은 단결정 $TiO_2$에서 보다 0.2V만큼 양전위 방향으로 이동되어 나타났다. 순환 전압 전류법에 의한 산소의 환원전위는 SCE에 대해 -0.95V 근처에서 나타났으며, 반응은 전체적으로 비가역적으로 진행되었다. 또한 전극의 광전류는 단결정 $TiO_2$에서 보다 더 단파장에서 나타났으며 전류밀도는 감소되었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.531-539
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• 2019

The development of cost-effective electrocatalysts with high durability is one of the most important challenges for the commercialization of polymer electrolyte fuel cells (PEFCs). The durability of the electrocatalyst has been studied in terms of structural change in the active metal and the support. In particular, in fuel cell vehicles, degradation of the carbon-based support is known to have a significant effect on the electrocatalyst deterioration since the start-up/shut-down cycle is frequently repeated. The requirements for the support of the electrocatalyst include high surface area, electrical conductivity, chemical stability, and so on. In this study, we propose the evaluation methods for choosing better support materials and present the physicochemical properties that promising carbon supports should have. Three kinds of carbon materials with different crystallinity are compared. From in-depth study using X-ray diffraction, Raman spectroscopy, thermogravimetric analysis, and accelerated stress test, it is clearly confirmed that the durability of carbon-supported electrocatalysts is closely related to the physicochemical properties of the carbon supports.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2011년도 춘계학술대회 및 Fine pattern PCB 표면 처리 기술 워크샵
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• pp.79-79
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• 2011

water cavitation peening(WCP)은 water jet 과정으로 인한 cavitation이 발생할 때, 금속표면 cavitation 현상에 의해 재료표면의 잔류응력과 경도 등의 물성을 변화시키게 되며, 그로 인해 생긴 잔류 응력으로 재료의 내구성 및 수명을 향상시키는 기술이다. 최근에는 water jet을 이용한 장치들이 건설 분야, 일반기계분야, 컷팅 공정, 분쇄 등 다양한 분야에서도 사용되고있다. 그러나 water jet을 이용한 peening은 소개 된지 20여년이 경과했음에도 불구하고 연구 및 개발 내용은 shot peening에 비해 아직 초기 단계이다. water cavitation peening은 기존의 피닝 방법의 단점을 보완 할 뿐만 아니라 환경적인 측면에서도 그 가치가 크다. 아직은 다른 peening 기법 보다 잔류압축응력 부가 측면에서 그 효과가 떨어지지만, water cavitation peening은 열에 영향을 받는 영역이 생성되지 않으며, 기계의 표면 가공을 하는 동안 어떤 미세한 먼지도 생성하지 않아 친환경적이다. 또한 복잡한 외형을 가지는 부품 및 내면에 적용성이 뛰어나고, 표면 정밀도 저하가 낮다는 장점이 있다. 본 연구에서는 조류발전용 블레이드의 재료로 사용하려는 동합금에 대하여 증류수 내에서 water cavitation peening 시간, 거리, 파형 등의 변수를 적용하여 최적 조건을 찾고, 다양한 전기화학적 실험을 실시하였으며, water cavitation peening 부의 부식특성을 평가 하였다. ASTM-G32 규정에 의거하여 압전효과를 용한 진동발생 장치(RB 111-CE)를 이용하여 동합금 표면에 water cavitation peening을 실시하고, 실험 후 표면의 손상거동을 관찰하기 위하여 3D현미경 및 전자주사현미경(SEM)을 사용하였다. 물성치 변화를 확인하기 위하여 SHIMADZU사의 HVM-2 Model의 비커스 경도기를 이용하여 표면 경도값을 측정하였다. 전기화학실험은 각 3회 이상 실시하였으며, Tafel 분석결과로 부식전류밀도와 부식전위의 평균, 부식전위를 알 수 있었고, 음분극 실험결과, 용존산소 환원반응에 의한 농도분극에서 수소가스발생에 의한 활성화 분극으로 진행되는 변곡점을 확일 할 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제28권11호
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• pp.633-639
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• 2018

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.

• 한국재료학회지
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• 제28권11호
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• pp.640-645
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• 2018

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($Fe_3C$) 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, $Fe_3C$-embedded N doped CNF-1 exhibits the most improved electrochemical performance with a high onset potential of -0.18 V, a high $E_{1/2}$ of -0.29 V, and a nearly four-electron pathway (n = 3.77). In addition, $Fe_3C$-embedded N doped CNF-1 displays exellent long-term stabillity with the lowest ${\Delta}E_{1/2}=8mV$ 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, $Fe_3C$-embedded N doped CNF is a promising candidate for non-precious electrocatalysts for high-performance ORRs.

• 한국재료학회지
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• 제28권11호
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• pp.646-652
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• 2018

During a long-term operation of polymer electrolyte membrane fuel cells(PEMFCs), the fuel cell performance may degrade due to severe agglomeration and dissolution of metal nanoparticles in the cathode. To enhance the electrochemical durability of metal catalysts and to prevent the particle agglomeration in PEMFC operation, this paper proposes a hybrid catalyst structure composed of PtCo alloy nanoparticles encapsulated by porous carbon layers. In the hybrid catalyst structure, the dissolution and migration of PtCo nanoparticles can be effectively prevented by protective carbon shells. In addition, $O_2$ can properly penetrate the porous carbon layers and react on the active Pt surface, which ensures high catalytic activity for the oxygen reduction reaction. Although the hybrid catalyst has a much smaller active surface area due to the carbon encapsulation compared to a commercial Pt catalyst without a carbon layer, it has a much higher specific activity and significantly improved durability than the Pt catalyst. Therefore, it is expected that the designed hybrid catalyst concept will provide an interesting strategy for development of high-performance fuel cell catalysts.

• 한국결정성장학회지
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• 제29권4호
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• pp.160-166
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• 2019

산화세륨($CeO_2$)는 고체산화물연료전지, 자동차 삼원 촉매, 산소 캐패시터 소재 등의 고온환경에서 구동되는 촉매 응용분야에 널리 활용되고 있으며 중요한 희토류 산화물 중에 하나이다. 고온 환경에서 $CeO_2$의 우수한 촉매 활성을 유지하기 위하여 초기 합성단계에서 높은 비표면적을 갖는 미세구조제어 연구와 나노 미세구조가 고온 열 사이클과 산화-환원 사이클 변화에서 안정하도록 하는 연구가 필요하여 많은 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 탄산염 침전법의 전구체 결정화 단계에서의 이방성을 정밀 제어하여 고 비표면적의 flower-like $CeO_2$를 성공적으로 합성할 수 있었다. 또한, 서로 다른 탄산염이온 침전제의 침전 반응 경로 제어를 통한 침전 수화물 전구체의 이방적 결정 특성으로부터 최종 고 비표면적 $CeO_2$ 산화물의 미세구조 제어와 고온 안정 제어를 확인하고 특성을 평가하였다.