Controlled electrodeposition of dendritic nano-structured gold-platinum (AuPt) alloy onto an electrochemically pretreated carbon paper substrate was conducted in an attempt to improve catalyst utilization and to secure an electronic percolation network toward formic acid (FA) fuel cell application. The AuPt catalysts were obtained by potentiostatic deposition. AuPt catalysts synthesized as bimetallic alloys with 60% Au content exhibited the highest catalytic activity towards formic acid electro-oxidation. The origin of this high activity and the role of Au were evaluated, in particular, by XPS analysis. Polarization and stability measurements with 1 mg $cm^{-2}$ AuPt catalyst (only 0.4 mg $cm^{-2}$ Pt) showed 52 mW $cm^{-2}$ and sustainable performance using 3M formic acid and dry air at $40^{\circ}C$.
The titled dye of DBPI gives amplified spontaneous emission (ASE) with maximum at 580 nm upon pumping by nitrogen laser (${\lambda}_{ex}\;=\;337.1\;nm$). The ground state absorption cross section (${\sigma}_A$) and emission cross section (${\sigma}_E$) as well as effective emission cross section(${\sigma}^*_E$) have been determined. The electronic absorption spectra of DBPI were measured in ethanol and tetrahydrofuran at room and low temperature. DBPI displays molecular aggregation in water. The photochemical reactivity of DBPI was also studied in carbon tetrachloride upon irradiation with 525 nm light. The electrochemical investigation of DBPI dye has been carried out using cyclic voltammetry and convolution deconvolution voltammetry combined with digital simulation technique at a platinum electrode in 0.1 mol/L tetrabutyl ammonium perchlorate (TBAP) in two different solvents acetonitrile ($CH_3CN$) and dimethylformamide (DMF). The species were reduced via consumption of two sequential electrons to form radical anion and dianion (EE mechanism). In switching the potential to positive direction, the compound was oxidized by loss of two sequential electrons, which were followed by a fast dimerization and/or aggregation process i.e $EC_{dim1}EC_{dim2}$ mechanism. The electrode reaction pathway and the chemical and electrochemical parameters of the investigated compound were determined using cyclic and convolutive voltammetry. The extracted electrochemical parameters were verified and confirmed via digital simulation method.
It has fabricated membrane electrode assemblies (MEA) for proton exchange membrane fuel cell by hot-pressing method. The hot-pressing was used for the fabrication of MEA which is composed of commercial platinum electrode on carbon paper. The performance of MEA was studied with different fabrication conditions of temperature, pressure and torque. As the temperature increased, the performance of MEA was increased. and started to decrease l after arrived at the maximum performance of MEA. This is related with good contact between electrode and polymer electrolyte membrane at high temperature and microstructural change at much higher temperature. Similarly, as the pressure increased, the performance of the MEA increased up to highest values and start to decrease. According to the our results, the maximal performance of the MEA was at the temperature of $140^{\circ}C$ and the pressure of $1.5{\times}10^3$ kPa. The optimal torque to assemble the single stack was 3.2 N m.
A series of tetradentate Schiff-base ligands; 1,3-bis(salicylideneimino) propane, 1,4-bis(salicylideneimino)butane, and 1,5-bis(salicylideneimino)pentane, and their Cu(Ⅱ) and Ni(Ⅱ) complexes have been synthesized. The properties of ligands and complexes have been characterized by elemental analysis, IR, NMR, UV-Vis spectra, molar conductance, and thermogravimetric anaylsis. The mole ratio of Schiff base to metal at complexes was found to be 1 : 1. All complexes were four-coordinated configuration and non-ionic compound. The electrochemical redox processes of the ligands and their complexes in DMF solution containing 0.1 M TEAP as supporting electrolyte have been investigated by cyclic voltammetry, chronoamperometry, differential pulse voltammetry at glassy carbon electrode, and by controlled potential coulometry at platinum gauze electrode. The redox process of the ligands was highly irreversible, whereas redox process of Cu(Ⅱ) and Ni(Ⅱ) complexes was observed as one electron transfer process of quasi-reversible and diffusion-controlled reaction. Also the electrochemical redox potentials of complexes were affected by chelate ring size of ligands. The diffusion coefficients of Cu(Ⅱ) and Ni(Ⅱ) complexes in DMF solution were determined to be 4.2-6.6×10-6 cm2/sec. Also the exchange rate constants were determined to be 3.6-9.7×10-2 cm/sec.
In a direct methanol fuel cell system (DMFC), one of the drawbacks is methanol crossover. Methanol from the anode passes through the membrane and enters the cathode, causing mixed potential in the cell. Only Pt-based catalysts are capable of operating as cathode for oxygen reduction reaction (ORR) in a harsh acidic condition of DMFC. However, it causes mixed potential due to high activity toward methanol oxidation reaction of Pt. To overcome this situation, developing Pt-based catalyst that has methanol tolerance is significant, by controlling reactant adsorption or reaction kinetics. Pt/C decorated with phosphate ion was prepared by modified polyol method as cathode catalyst in DMFC. Phosphate ions, bonded to the carbon of Pt/C, surround free Pt surface and block only methanol adsorption on Pt, not oxygen. It leads to the suppression of methanol oxidation in an oxygen atmosphere, resulting in high DMFC performance compared to pristine Pt/C.
Pt-Sn with various ratios was supported on carbon black after pretreatment in an acidic solution by a reduction method. The Pt/Sn ratio was controlled by varying the concentration of each component in the solution, and the influence of the composition on the electrocatalytic activities was investigated. The crystallinity of the synthesized materials was investigated by XRD (X-ray Diffraction), and the oxidation states of both the platinum and tin were determined by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). SEM (Scanning Electron Microscopy)-EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) was utilized to examine the morphology and composition of the synthesized electrode, and the particle size of the Pt-Sn was analyzed by TEM (Transmission Electron Microscopy). The electrocatalytic activity for oxygen reduction was evaluated in a 0.5 M $H_2SO_4$ solution using a rotating disk electrode system. The activity and stability were found to be strongly dependent on the electrode composition (Pt/Sn ratio). The catalytic activity and stability for methanol oxidation were also measured using cyclic voltammetry (CV) in a mixture of 0.5 M $H_2SO_4$ and 0.5 M $CH_3OH$ aqueous solution. The addition of proper amount of Sn was found to significantly improve both catalytic activity and stability for methanol oxidation.
In this paper, we carried out separation of membrane and leaching of Pt and Ru using hydrochloric acid from MEA(membrane-electrode assembly) of fuel cell. In this method, these were separated from MEA of fuel cell using the distilled water, 10 vol.% butanol solution and 15 vol.% cationic surfactant(Koremul-LN-7) by dipping method without the dispersion of catalyst particles. And the leaching of Pt and Ru containing in the separated carbon paper catalysts has been studied by hydrochloric acid using $HNO_3$ or $H_2O_2$ as a oxidant. The leaching ratio of Pt and Ru were higher when $H_2O_2$ was used as a oxidant and the optimum conditions were obtained in 8M HCl, the amount of $H_2O_2$ 5M and 6 hours of leaching time at $90^{\circ}C$. In this condition, extraction of Pt and Ru were 98% and 71.5%, respectively.
Kim, Seok;Cho, Mi-Hwa;Lee, Jae-Rock;Ryu, Ho-Jin;Park, Soo-Jin
Korean Chemical Engineering Research
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v.43
no.6
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pp.756-760
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2005
In this study, the effect of $N_2$-plasma treatment on carbon blacks (CBs) was investigated by analyzing acid-base surface values and surface functional groups of CBs. The surface characteristics of the CBs were determined by fourier transformed-infrared (FT-IR) spectrometer, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Boehm's titration method. Electrochemical properties of the plasma-treated CBs-supported Pt (Pt/CBs) catalysts were analyzed by cyclic voltammetry (CV) experiments. From the results of FT-IR and acid-base values, $N_2$-plasma treatment at 300 W intensity on the CBs led to the formation of the free radical. The peak intensity was increased with increasing the treatment time due to the formation of new basic functional groups(such as C-N, C=N, $-NH_3{^+}$, -NH, and =NH) by the free radical. Accordingly, the basic values were increased by the basic functional groups. However, after a specific reaction time, $N_2$-plasma treatment could hardly influence change of surface functional groups of CBs, due to the disappearance of free radical. Consequently, it was found that optimal treatment time was 30 second for electro activity of Pt/CBs catalysts.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.17-18
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2011
Plasma in liquid phase has attracted great attention in the last few years by the wide domain of applications in material processing, decomposition of organic and inorganic chemical compounds and sterilization of water. The plasma in liquid is characterized by three main regions which interact each - other during the plasma operation: the liquid phase, which supply the plasma gas phase with various chemical compounds and ions, the plasma in the gas phase at atmospheric pressure and the interface between these two regions. The most complex region, but extremely interesting from the fundamental, chemical and physical processes which occur here, is the boundary between the liquid phase and the plasma gas phase. In our laboratory, plasma in liquid which behaves as a glow discharge type, is generated by using a bipolar pulsed power supply, with variable pulse width, in the range of 0.5~10 ${\mu}s$ and 10 to 30 kHz repetition rate. Plasma in water and other different solutions was characterized by electrical and optical measurements. Strong emissions of OH and H radicals dominate the optical spectra. Generally water with 500 ${\mu}S/cm$ conductivity has a breakdown voltage around 2 kV, depending on the pulse width and the repetition rate of the power supply. The characteristics of the plasma initiated in ultrapure water between pairs of different materials used for electrodes (W and Ta) were investigated by the time-resolved optical emission and the broad-band absorption spectroscopy. The deexcitation processes of the reactive species formed in the water plasma depend on the electrode material, but have been independent on the polarity of the applied voltage pulses. Recently, Coherent anti-Stokes Raman Spectroscopy method was employed to investigate the chemistry in the liquid phase and at the interface between the gas and the liquid phases of the solution plasma system. The use of the solution plasma allows rapid fabrication of the metal nanoparticles without being necessary the addition of different reducing agents, because plasma in the liquid phase provides a reaction field with a highly excited energy radicals. We successfully synthesized gold nanoparticles using a glow discharge in aqueous solution. Nanoparticles with an average size of less than 10 nm were obtained using chlorauric acid solutions as the metal source. Carbon/Pt hybrid nanostructures have been obtained by treating carbon balls, synthesized in a CVD chamber, with hexachloro- platinum acid in a solution plasma system. The solution plasma was successfully used to remove the template remained after the mesoporous silica synthesis. Surface functionalization of the carbon structures and the silica surface with different chemical groups and nanoparticles, was also performed by processing these materials in the liquid plasma.
Cho, Min Kyung;Lim, Ahyoun;Lee, So Young;Kim, Hyoung-Juhn;Yoo, Sung Jong;Sung, Yung-Eun;Park, Hyun S.;Jang, Jong Hyun
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.8
no.3
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pp.183-196
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2017
The research efforts directed at advancing water electrolysis technology continue to intensify together with the increasing interest in hydrogen as an alternative source of energy to fossil fuels. Among the various water electrolysis systems reported to date, systems employing a solid polymer electrolyte membrane are known to display both improved safety and efficiency as a result of enhanced separation of products: hydrogen and oxygen. Conducting water electrolysis in an alkaline medium lowers the system cost by allowing non-platinum group metals to be used as catalysts for the complex multi-electron transfer reactions involved in water electrolysis, namely the hydrogen and oxygen evolution reactions (HER and OER, respectively). We briefly review the anion exchange membranes (AEMs) and electrocatalysts developed and applied thus far in alkaline AEM water electrolysis (AEMWE) devices. Testing the developed components in AEMWE cells is a key step in maximizing the device performance since cell performance depends strongly on the structure of the electrodes containing the HER and OER catalysts and the polymer membrane under specific cell operating conditions. In this review, we discuss the properties of reported AEMs that have been used to fabricate membrane-electrode assemblies for AEMWE cells, including membranes based on polysulfone, poly(2,6-dimethyl-p-phylene) oxide, polybenzimidazole, and inorganic composite materials. The activities and stabilities of tertiary metal oxides, metal carbon composites, and ultra-low Pt-loading electrodes toward OER and HER in AEMWE cells are also described.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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