• Clean Technology
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• v.22 no.1
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• pp.35-44
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• 2016

In this study, a computational chemistry methodology called as molecular modeling was been applied to explain several experiment results mechanistically. The reaction chosen for this study was to remove carbon dioxide, known as a primary greenhouse gas, by an epoxide via the carbon dioxide fixation to produce carbonates. This reaction inherently needs the use of catalysts because it has a significantly high activation barrier (55~59 kcal/mol). Among various types of catalysts, we studied in zeolitic imidazolate framework 90 (ZIF-90)/ionic liquid immobilized ZIF-90 (IL-ZIF-90), polystyrene-supported quaternized ammonium salt, KI/KI-glycine, and dimethylethanolamine (DMEA). First, probable reaction pathways were proposed based on calculated energetics by computational chemistry. The energetics was then used for the thermodynamic interpretation on the activity of catalysts. In the case of ZIF-90/IL-ZIF-90 and KI/KI-glycine, IL-ZIF-90 and KI-glycine showed better yields compared to their counterparts. The calculation proposed interesting results that it is not from the lowering of activation energy but from the unstable intermediates of ZIF-90 and KI-glycine. For DMEA, the calculated activation energy was ~42 kcal/mol, much lower than that of the non-catalytic reaction. A possible reaction pathway was located to confirm the interaction between −NH group from ammonium and oxygen from epoxide for polystyrene-supported quaternized ammonium salt.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.18 no.9
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• pp.473-479
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• 2017

Due to environmental pollution, hazards of the human body, and global warning, changes in the power train of automobiles are intensifying, and the market forelectronic vehicles is rising. Also, in order to meet the stricter emission regulations forautomobiles with internal combustion engines based on fossil fuel, the proportion of after-treatments for vehicles and vessels is increasing gradually. The objective of this study is to investigate the effectsfrom additive ceric oxide ($CeO_2$) loading amounts to improve the methane ($CH_4$) and nitric oxide (NOx) abatement ability of the natural gas oxidation catalysts(NGOC) reducing toxic gases emitted from compressed natural gas (CNG) buses. Three kinds of NGOC were prepared under the following conditions: fresh and $700^{\circ}C$ for 12hr thermal aging, and the reduction performance of toxic gases was evaluated. Fresh $1Pt-3Pd-1Rh-3MgO-6CeO_2/(Al+Z)$ NGOC containing 6wt% $CeO_2$ had the highest dispersivity of palladium (Pd) with high selectivity to $CH_4$ and improved harmful gas reduction performance. The NGOC with 6wt% $CeO_2$ loaded the least decreased in the dispersivity of the noble metal, and showed the highest reduction of harmful gases due to the thermal durability of $CeO_2$.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.28 no.3
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• pp.182-188
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• 2018

Nitrogen (N)-doped protein-based carbon as platinum (Pt) catalyst supports from tofu for oxygen reduction reactions are synthesized using a carbonization and reduction method. We successfully prepare 5 wt% Pt@N-doped protein-based carbon, 10 wt% Pt@N-doped protein-based carbon, and 20 wt% Pt@N-doped protein-based carbon. The morphology and structure of the samples are characterized by field emission scanning electron microscopy and transmission electron micro scopy, and crystllinities and chemical bonding are identified using X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy. The oxygen reduction reaction are measured using a linear sweep voltammogram and cyclic voltammetry. Among the samples, 10 wt% Pt@N-doped protein-based carbon exhibits exellent electrochemical performance with a high onset potential of 0.62 V, a high $E_{1/2}$ of 0.55 V, and a low ${\Delta}E_{1/2}=0.32mV$. Specifically, as compared to the commercial Pt/C, the 10 wt% Pt@N-doped protein-based carbon had a similar oxygen reduction reaction perfomance and improved electrochemical stability.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.11a
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• pp.51-59
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• 2005

수소 분리막의 적용 분야는 석탄가스, 천연가스, 메탄가스 혼합기체이며, 고온/고압 및 수소농도가 낮은 혼합기체에서 고순도의 수소를 제조하는 곳이다. 특히 치밀질 세라믹 멤브레인은 고온에서 가스화한 석탄가스나 차세대의 쓰레기 처리 기술인 가스화 용융처리에서 생긴 고온가스로부터 고순도의 수소를 분리할 수 있다. 분리한 수소는 고온을 유지하기 때문에 연료전지 발전에 최적이다. 종래의 연료전지는 발전을 위해서 수소의 가열이 필요했으나 이것이 불필요하게 되어 발전 전체의 효율이 향상된다. 석유화학 산업에서 발생하는 혼합기체에서 수소를 분리하여 사용하고 남은 기체는 연료로 재사용할 수 있다. 분리막의 재질로는 고분자계가 개발되고 있으며 고분자 지지체에 백금이나 로듐과 같은 촉매를 코팅하는 방법이다. 이는 기공의 제어가 용이하고 대량생산이 가능한 장점이 있지만 고온에서 사용이 불가능하고 입자상 물질에 의해 분리막의 손상이 문제가 되고 있다. 이에 비해 치밀질 세라믹 멤브레인은 세라믹의 특성에 의해 고온 및 고압에서도 적용이 가능하며, 실온이나 저압의 조건에서도 적용이 가능한 특징을 가진다. $900^{\circ}C$의 고온에서 적용시 세라믹 멤브레인에는 특성열화가 없어 수명이 긴 장점을 가지게 된다. 수소가 포함되어 있는 기체에서 수소 만을 분리하는 방법은 흡착이나 분리막을 이용하는 방법이 일반적이며 흡착에 의한 방법은 일부 실용화가 진행되고 있다. 고효율의 수소를 분리하는 방법으로 분리막을 이용하는 방법이 있다. 현재 치밀질 수소 분리막의 연구는 외국(미국, 일본 등)에서도 초기 연구 단계이다. 국내에서도 이런 연구가 선행되어 외국과의 기술 격차를 줄이고 에너지 자원에 대한 확보가 필요하기 때문에 이 연구가 수행되었다. 치밀질 멤브레인의 소재로는 proton 및 전자전도가 가능한 소재로서 Ba-Ce-Y계를 기본조성으로 하여 내구성과 전기전도도를 향상시키기 위해 Ca, La, In, Yb를 치환하였다. 제조한 재료의 물리화학적 특성을 평가하였고, 수소여과 장치를 이용하여 여과 효율을 평가하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.220-223
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• 2007

이 논문은 DMFC와 태양전지의 하이브리드형 연료전지에 적합한 $TiO_{2}$구조에 대한 연구로서, DMFC에 사용되는 귀금속 Pt의 사용량을 줄이기 위해 Pt를 $TiO_{2}$광촉매 지지체에 함침 시켜 UV가 조사될 때 Pt의 활성을 극대화시키기 위한 연구이다. $TiO_{2}$는 Rutile결정 구조를 이루었으며, 반응 시간에 따라 나노막대 모양을 형성하였다. $NaBH_{4}$ 환원법을 통해 Pt를 함침 시켜 전극을 제조하였다. 이 전극들은 UV가 입사되지 않을 때보다 UV가 입사될 때 메탄올 산화성능이 주목할 만큼 향상되었다. 특히 긴 막대모양의 $TiO_{2}$에 백금이 잘 분산된 촉매의 메탄올 산화반응 성능이 크게 향상되었다. 이러한 $Pt/TiO_{2}$의 주목할 만한 성능 향상은 UV가 조사될 때 빛에 의해 생성된 $TiO_{2}$의 hole들에 의해 메탄올 산화반응이 향상된 것으로 사료된다.

• 연구논문집
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• s.27
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• pp.201-208
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• 1997

To improve the joining characteristics of metallic converter substrate for exhaust gas cleaning, high temperature brazing process has been studied. In this study, the effect of chemical composition of brazing filler metal on the oxidation behavior of brazed joints was investigated closely. Brazing was carried out at $1200^\circC$ in vacuum furnace using nickel-based filler metals : BNi-5 powder(Ni-Cr-Si base alloy) and MBF-50 foil(Ni-Cr-Si-B). The MBF-50 containing 1-1.5 wt%B showed relatively poor oxidation resistance of the brazed joints compared to BNi-5, because of the faster invasion of oxygen through the Kirkendal voids along the interface of mother alloy/filler metal.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.91.1-91.1
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• 2011

고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell이하 SOFC)는 연료가 갖는 화학에너지를 연소과정 없이, 공기와 H2, CO, CH4와 같은 환원성 가스를 공급받아 $600{\sim}1000^{\circ}C$에서 전기화학적 반응을 통하여 직접 전기를 얻는 방식이다. SOFC는 $700^{\circ}C$ 이상의 고온에서 고체산화물이 연료와 공기가 반응하여 전기와 열을 동시에 생산하기 때문에 carnot cycle의 제한을 받지 않아 발전효율이 40% 이상으로 고효율이고, NOx 및 SOx를 배출하지 않아 무공해이며, moving parts가 없어 소음이 나지 않고, 건설과 증설이 지역이나 기후 조건에 제약 없이 용이하고, 다양한 용량이 가능하며, 고가의 백금 촉매를 사용하지 않으며, 수소, 석탄가스, 천연가스 등의 연료를 사용할 수 있는 장점이 있음, 또한 다향한 형태로 제작할 수 있으며 전해질이 고체에서 전해질 손실 및 보충에 문제가 없고 타 연료전지에 비해 개질기가 필요 없어 발전시스템이 간단하고 경량화가 가능하다. 전사법은 paste를 제작하여 전사용지에 Screen printing하여 건조 후 coating하는 방법으로 기존의 여러 coating 방법보다 제작이 용이하고 소재의 크기, 두께조절이 간편하며, 구성층의 표면조도나 굴곡에 대응이 용이한 방법이다. 본 실험에서는 paste 제조, 전사법을 이용하여 Anode, AFL, Electrolyte, CFL, Cathode전사지를 제작하고 이를 세라믹 평관형 지지체에 변수로 두께 조건별 Coating 한 후 $1400^{\circ}C$ 소결을 진행하여 SEM 분석으로 미세구조 관찰, 출력특성 및 Impedance을 확인하였다.

• Journal of Powder Materials
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• v.24 no.2
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• pp.96-101
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• 2017

Well-dispersed platinum catalysts on ruthenium oxide nanofiber supports are fabricated using electrospinning, post-calcination, and reduction methods. To obtain the well-dispersed platinum catalysts, the surface of the nanofiber supports is modified using post-calcination. The structures, morphologies, crystal structures, chemical bonding energies, and electrochemical performance of the catalysts are investigated. The optimized catalysts show well-dispersed platinum nanoparticles (1-2 nm) on the nanofiber supports as well as a uniform network structure. In particular, the well-dispersed platinum catalysts on the ruthenium oxide nanofiber supports display excellent catalytic activity for oxygen reduction reactions with a half-wave potential ($E_{1/2}$) of 0.57 V and outstanding long-term stability after 2000 cycles, resulting in a lower $E_{1/2}$ potential degradation of 19 mV. The enhanced electrochemical performance for oxygen reduction reactions results from the well-dispersed platinum catalysts and unique nanofiber supports.

• Journal of the Korean Society of Safety
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• v.21 no.2 s.74
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• pp.35-45
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• 2006

Cobalt catalysts for gas mask loaded on various supports such as $Al_{2}O_{3},\;TiO_{2}$, AC(activated carbon) and $SiO_{2}$ were used to examine influences of calcination temperatures and reaction temperatures for CO oxidation. $Co(NO_{3})_2{\cdot}6H_{2}O$ was used as cobalt precursor and the catalysts were prepared by incipient wetness impregnation. The catalysts were characterized using XRD, TGA/DTA, TEM, $N_{2}$ sorption, and XPS. For the catalytic activity, support was in the order of ${\gamma}-Al_{2}O_{3}>TiO_{2}>SiO_{2}>AC\;and\;Al_{2}O_{3}$. The catalytic activity at lower temperature than $80^{\circ}C$ showed that with the increase of reaction temperature, cobalt catalysts on ${\gamma}-Al_{2}O_{3},\;TiO_{2},\;AC\$ has the negative activation energy but that of $SiO_{2}$ was positive.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.25 no.3
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• pp.113-118
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• 2015

To improve the methanol electro-oxidation in direct methanol fuel cells(DMFCs), Pt electrocatalysts embedded on porous carbon nanofibers(CNFs) were synthesized by electrospinning followed by a reduction method. To fabricate the porous CNFs, we prepared three types of porous CNFs using three different amount of a styrene-co-acrylonitrile(SAN) polymer: 0.2 wt%, 0.5 wt%, and 1 wt%, respectively. A SAN polymer, which provides vacant spaces in porous CNFs, was decomposed and burn out during the carbonization. The structure and morphology of the samples were examined using field emission scanning electron microscopy and transmission electron microscopy and their surface area were measured using the Brunauer-Emmett-Teller(BET). The crystallinities and chemical compositions of the samples were examined using X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy. The electrochemical properties on the methanol electro-oxidation were characterized using cyclic voltammetry and chronoamperometry. Pt electrocatalysts embedded on porous CNFs containing 0.5 wt% SAN polymer exhibited the improved methanol oxidation and electrocatalytic stability compared to Pt/conventional CNFs and commercial Pt/C(40 wt% Pt on Vulcan carbon, E-TEK).