We prepared Ni and Pd-modified $TiO_2@SiO_2$ core-shell nanostructures and then analyzed them by scanning electron microscopy, optical microscopy, X-ray diffraction crystallography, FT-IR and UV-Visible absorption spectroscopy. In addition, their CO oxidation performance was tested by temperature-programmed mass spectrometry. The CO oxidation activity showed an order of Ni-$TiO_2@SiO_2$ ($900^{\circ}C$) < Ni-$TiO_2@SiO_2$ ($90^{\circ}C$) < Ni-$TiO_2@SiO_2$ ($450^{\circ}C$) in the first CO oxidation run, and greatly improved activity in the same order in the second run. The $T_{10%}$ (the temperature at 10% CO conversion) corresponds to the CO oxidation rate of $2.8{\times}10^{-5}$ molCO $g{_{cat}}^{-1}s^{-1}$. For Ni-$TiO_2@SiO_2$ ($450^{\circ}C$), the $T_{10%}$ was observed at $365^{\circ}C$ in the first run and at $335^{\circ}C$ in the second run. For the Pd-$TiO_2@SiO_2$ ($450^{\circ}C$), the $T_{10%}$ was observed at a much lower temperature of $263^{\circ}C$ in the first CO oxidation run, and at $247^{\circ}C$ in the second run. The CO oxidation activities of transition metal modified $TiO_2@SiO_2$ core-shell nanostructures presented herein provide new insights that will be useful in developing catalysts for various environments.
해조류로부터 수열 액화 반응을 통해 생성된 원료를 이용하여 수소가스를 생산하기 위해 개질 반응용 상용화 촉매와 $K_2Ti_xO_y$가 첨가된 니켈(Ni) 제조 촉매를 사용하여 반응온도에 따른 수증기 개질 반응을 수행하였다. 반응원료는 해조류 바이오매스를 503 K의 반응온도에서 2시간 동안 수열 액화를 통해 생성된 액화 원료를 사용하였으며, 상용화 촉매(FCR-4-02)와 제조 촉매($Ni/K_2Ti_xO_y-Al_2O_3$, $Ni/K_2Ti_xO_y-SiO_2$, $Ni/K_2Ti_xO_y-ZrO_2/CeO_2$, Ni/$K_2Ti_xO_y$-MgO) 및 반응온도에 따른 수증기 개질 반응의 활성을 비교 연구하였다. 실험결과 제조 촉매 4종 모두 상용화 촉매와 비교하여 반응활성이 높게 나타나는 것이 확인되었으며, 제조 촉매의 지지체에 따라 생성되는 가스의 조성이 달라지는 것이 확인되었다. 특히, 산성이나 염기성을 띄는 $Al_2O_3$와 MgO의 지지체와 중성을 띄는 $SiO_2$의 지지체에서는 CO가 선택적으로 높게 생성이 되었으며 환원성을 띄는 $CeO_2$를 포함하는 지지체에서는 수성가스 전환 반응이 일어나 $CO_2$가 높게 생성됨을 보였다.
산 염기성질이 다양하게 존재하는 담체($SiO_2-Y_2O_3$, $Al_2O_3$, $SiO_2-ZrO_2$, $SiO_2$, $TiO_2$, MgO) 상에 17 wt% Ni을 고정한 상태에서 함침법을 사용하여 촉매를 제조하여 수소 존재 하에 에탄올과 암모니아의 환원성 아민화 반응에 대한 촉매활성을 비교 평가하였다. 반응 전후에 있어 사용된 촉매는 X-선 회절, 질소 흡착, 에탄올-승온탈착(EtOH-TPD), 이소프로판올-승온탈착(IPA-TPD), 수소 화학흡착을 사용하여 특성분석을 수행하였다. pH 9.5 이상에서 침전법을 사용하여 $ZrO_2$와 $Y_2O_3$ 담체 제조 시 파이렉스 반응기에서 미량의 Si 용융으로 인해 $SiO_2-ZrO_2$와 $SiO_2-Y_2O_3$ 복합 산화물이 각각 생성되었다. 사용된 촉매 중에서 $Ni/SiO_2-Y_2O_3$ 촉매가 가장 좋은 활성을 보였으며 이는 높은 니켈 분산도와 EtOH-TPD와 IPA-TPD에서의 낮은 탈착온도 등과 밀접한 관련이 있었다. Ni/MgO 촉매상에서의 낮은 촉매 활성은 NiO-MgO 고형물 형성에 기인한 것으로 보이며, $Ni/TiO_2$ 경우에서는 담체-금속 간의 강한 상호 작용으로 인해 낮은 니켈 금속 상 존재로 인해 반응성이 낮게 나왔다. $TiO_2$와 MgO 이외의 담체를 사용한 경우에 있어서 유사한 에탄올 전환율에서의 에틸아민류와 아세토니트릴 선택도는 큰 차이를 보이지 않았다.
Kim, Dae Han;Sim, Jong Ki;Seo, Hyun Ook;Jeong, Myung-Geun;Kim, Young Dok;Lim, Dong Chan;Kim, Sang Hoon
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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pp.166-166
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2013
Mesoporous $SiO_2$-supported Ni catalysts (Ni/$SiO_2$ and Ni/$TiO_2$/$SiO_2$) were fabricated by atomic layer deposition (ALD), and their catalytic activity and stability were investigated in carbon dioxide reforming of methane (CRM) reaction at $800^{\circ}C$ The Ni/$SiO_2$ catalysts showed high stability as a result of confinement of Ni particles with a mean size of ~10 nm within the pores of $SiO_2$ support. Besides, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) results showed that the Ni nanoparticles were partially buried inside the $SiO_2$ support. The strong interaction between Ni and the $SiO_2$ support could also be advantageous for long-term stability of the catalyst. In case of the Ni/$TiO_2$/$SiO_2$ catalyst, it was found that the catalytic activity of 10 nm-sized Ni nanoparticles was not much influenced by $TiO_2$ addition.
The catalytic activities of nickel-based catalysts were estimated for oxidizing acetaldehyde of VOCs exhausted from industrial facilities. The catalysts were prepared by sol-gel methods of SiO2 and SiO2-TiO2 as a xerogel followed by impregnating Al2O3 powder with the nickel nitrate precursor. The crystalline structure and catalytic properties for the catalysts were investigated by use of BET surface area, X-ray diffraction (XRD), Xray photoelectron spectroscopy (XPS) and temperature programmed reduction (TPR) techniques. These results show that nickel oxide is transformed to NiAl2O4 spinel structure at the calcination temperature of 400 °C in response to the steps with after- and co-impregnation of Al2O3 powder in sol-gel process. The NiAl2O4 could suppress the oxidation reaction of acetaldehyde by catalysts. The NiO is better dispersed on SiO2-TiO2/Al2O3 support than SiO2/Al2O3 and SiO2-TiO2-Al2O3 supports. From the testing results of catalytic activities for oxidation of acetaldehyde, Catalysts showed a big difference in conversion efficiencies with the way of the preparation of catalysts and the loading weight of nickel. The catalyst of 8 wt.% Ni/TiO2-SiO2/Al2O3 showed the best conversion efficiency on acetaldehyde oxidation with 100% conversion efficiency at 350 °C.
We prepared Cu oxides, and Ni and Pd-TiO2@SiO2 core-shellnanostructures, and tested their CO oxidation performances by temperature-programmed mass spectrometry. We found the starting temperatures of CO oxidation are around $200^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$ for Ni and Pd-TiO2@SiO2 nanostructures, respectively. Cu oxides are cubes with 50~200 nm with, prepared with different concentrations of NaOH and ascorbic acid. For the core-shell structures, we prepared 100 nm SiO2 spheres, first coated the surface with TiO2 precursor, and then coated with Ni and Pd. Their characteristics are further examined by scanning electron microscopy, optical microscope, FT-IR, and UV-Vis absorption spectroscopy.
The effects of SiO2 MnO2 and sintering atmospheres (O2, N2) on the piezoelectric properties and densification behaviors of Pb0.98Cd0.02Zr0.36Ti0.39Ni0.083Nb0.167O3 were investigated. The addition of SiO2 to the system enhanced the rate of densification but supressed the rate of grain growth. On the other hand the addition of MnO2 to the system did not nearly affect the rate of densification but increased slightly the rate of grain growth The densification of Pb0.98Cd0.02Zr0.36Ti0.39Ni0.083Nb0.167O3 containing of SiO2 or MnO2 was promoted with increasing the partial pressure of O2. The relative dielectric constant ($\varepsilon$r) and piezoelectric constant (d33) of Pb0.98Cd0.02Zr0.36Ti0.39Ni0.083Nb0.167O3 containing of SiO2 or MnO2 sintered under O2 atmosphere were higher than under N2 atmosphere. Whereas the mechanical quality factor (Qm) of specimens sintered under O2 atmosphere were lower than under N2 atmosphere. Thus the sintering atmosphere of O2 and N2 in Pb0.98Cd0.02Zr0.36Ti0.39Ni0.083Nb0.167O3 containing of SiO2 or MnO2 acted as donor and acceptor respectively. As the amount of SiO2 increased the relative dielectric constant ($\varepsilon$r) and piezoelectric constant (d33) of Pb0.98Cd0.02Zr0.36Ti0.39Ni0.083Nb0.167O3 but the mechanical quality factor (Qm) did not nearly change, In the case of the addition of MnO2 to the system the relative dielectric constant ($\varepsilon$r) and piezoelectric constant (d33) of Pb0.98Cd0.02Zr0.36Ti0.39Ni0.083Nb0.167O3 sintered under O2 atmosphere decreased rapidly with increasing the amount of MnO2 but they were unchanged with increasing the amount of MnO2 under N2 sintering atmosphere. Therefore the differences of the relative dielect-ric constant ($\varepsilon$r) and piezoelectric constant (d33) due to sintering atmosphere were diminished as the amount of MnO2 increased.
Reactive adsorption desulfurization (RADS) experiments were conducted over a series of commercial metal oxide supports ($Al_2O_{3-}$, $SiO_{2-}$, $TiO_{2-}$ and $ZrO_{2-}$) supported Ni/ZnO adsorbents. The adsorbents were characterized by X-ray diffraction (XRD), temperature programmed reduction (TPR), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) in order to find out the influence of specific types of surface chemistry and structural characteristics on the sulfur adsorptive capacity. The desulfurization performance of all the studied adsorbents decreased in the following order: Ni/ZnO-$TiO_2$ > Ni/ZnO-$ZrO_2$ > Ni/ZnO-$SiO_2$ > Ni/ZnO-$Al_2O_3$. Ni/ZnO-$TiO_2$ shows the best performance and the three hour sulfur capacity can achieve 12.34 mg S/g adsorbent with a WHSV of $4h^{-1}$. Various characterization techniques suggest that weak interaction between active component and support component, high dispersion of NiO and ZnO, high reducibility and large total Lewis acidity of the adsorbents are important factors in achieving better RADS performance.
Interest in the use of semiconductor-based photocatalyst materials for the degradation of organic pollutants in a liquid phase has grown, due to their excellent performance and response to the light source. Herein, we fabricated a NiO-SiC-TiO2 ternary structured photocatalyst which had reduced bandgap energy, with strong activation under UV-light irradiation. The synthesized samples were examined using XRD, SEM, EDX, TEM, DRS, EIS techniques and photocurrent measurement. The results confirmed that the two types of metal oxides were well bonded to the SiC fiber surface. The junction of the new photocatalyst exhibited a large number of photoexcited electrons and holes. The holes tended to oxidize the water and form a hydroxyl radical, which promoted the decomposition of methylene blue. The close contact between the 2D SiC fiber and metal oxide semiconductors expanded the scope of absorption wavelength, and enhanced the usability of the ternary photocatalyst for the degradation of methylene blue. Among three synthesized samples, the NiO-SiC-TiO2 showed the best photocatalytic effect, and was considered to have excellent photoelectron transfer due to the synergy effect between the metal oxide and SiC.
$SiO_2$ and polycrystalline Si layers were sequentially grown on (100) Si. NiSi was formed on this substrate from a 20nm Ni layer or a 20nm Ni/5nm Ti bilayer by rapid thermal annealing (RTA) at $300~500^{\circ}C$ to compare thermal stability. In addition, MOS capacitors were fabricated by depositing a 20nm Ni layer on the Poly-Si/$SiO_2$substrate, RTA at $400^{\circ}C$ to form NiSi, $BF_2$ or As implantation and finally drive- in annealing at $500~800^{\circ}C$ to evaluate electrical characteristics. When annealed at $400^{\circ}C$, NiSi made from both a Ni monolayer and a Ni/Ti bilayer showed excellent thermal stability. But NiSi made from a Ni/Ti bilayer was thermally unstable at $500^{\circ}C$. This was attributed to the formation of insignificantly small amount of NiSi due to suppressed Ni diffusion through the Ti layer. PMOS and NMOS capacitors made by using a Ni monolayer and the SADS(silicide as a dopant source) method showed good C-V characteristics, when drive-in annealed at $500^{\circ}C$ for 20sec., and$ 600^{\circ}C$ for 80sec. respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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