• Journal of Ceramic Processing Research
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• 제19권6호
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• pp.499-503
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• 2018

In this paper, cobalt embedded in nitrogen and sulfur co-doped carbon nanotubes (CoNSTs) were synthesized for oxygen reduction reaction (ORR) catalysts. The CoNSTs were prepared through a facile heat treatment method without any templates. Different amounts of the metal salt were employed to examine the physicochemical and electrochemical properties of the CoNSTs. The CoNSTs showed the bamboo-like tube morphology with the encased Co nanoparticles in the tubes. Through the x-ray photoelectron spectroscopy analysis, the catalysts exhibited different chemical states of the nitrogen and sulfur species. As a result, the CoNST performed high activity toward the ORR in an acidic condition with the onset potential of 0.863 V (vs. reversible hydrogen electrode). It was clearly demonstrated from the electrochemical characterizations that the quality of the nitrogen and sulfur species significantly influences the ORR activity rather than the total amount of the dopants.

• Carbon letters
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• 제8권2호
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• pp.120-126
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• 2007

The effect of cobalt precursor on the structure of Co supported multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were studied by using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). MWCNTs were treated with a mixture of nitric and sulfuric acids and decorated with cobalt and/or cobalt oxides via aqueous impregnation solutions of cobalt nitrate or cobalt acetate followed by reduction in hydrogen. XPS was mainly used to investigate the phase of cobalt on MWCNTs after reduction with $H_2$ flow at $400^{\circ}C$ for 2 h. Higher cobalt-nanoparticle dispersion was found in the MWCNTS prepared via cobalt nitrate decomposition. A typical XPS spectrum of Co 2p showed the peaks at binding energy (BE) values equal to 781 and 797 eV, respectively. It is found that cobalt nitrate supported MWCNTs is more dispersive and have catalytic activity than that of cobalt acetate supported MWCNTs at same preparation condition such as concentration of precursor solution and reduction environment.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 2001년도 The 6th International Symposium of East Asian Resources Recycling Technology
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• pp.478-481
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• 2001

The spent petrochemical catalyst used in the manufacturing process of terephthalic-acid contains valuable metals such as cobalt and manganese. To recover these metals, sulfuric acid leaching was performed with hydrogen peroxide as a reducing agent. Low extractions of Mn, Co and Fe were obtained by sulfuric acid leaching without reducing agent. With adding hydrogen peroxide as a reducing agent, the high extraction of these metals could be obtained. Different from general leaching experiment, the extraction rates of metal components were decreased with increasing reaction temperature in this case. Under the optimum condition, the extraction rates of Mn, Co and Fe were 93.0%, 87.0% and 100% respectively.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제27권2호
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• pp.255-265
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• 2006

The oxidation of hydrazobenzene by molecular oxygen in the polar solvent methanol is catalysed by a Schiff's base complex Co(3MeOsalen) which is a synthetic oxygen carrier. The products are trans-azobenzene and water. The rate of the reaction has been studied spectrophotometrically and the rate law established. A mechanism involving a ternary complex of catalyst, hydrazobenzene and molecular oxygen has been proposed. The kinetic studies show that a ternary complex $CoL{\cdot}H_2AB{\cdot}O_2$ is involved in the rate determining step. The reactions are summarised in a catalytic cycle. The kinetic data suggest that a ternary complex involving Co(3MeOsalen), triphenyl-phosphine and molecular oxygen is catalytically acive species but at higher triphenylphosphine concentrations the catalyst becomes inactive. The destruction of the catalytic activity could be due to the catalyst becoming coordinated with triphenyl phosphine at both z axis sites of the complex e.g. Co (3MeOsalen)$(PPh_3)_2$.

• Environmental Engineering Research
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• 제18권3호
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• pp.145-150
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• 2013

Optimal preparation guidelines of a cathode catalyst layer by non-precious metal catalysts were evaluated based on electrochemical performance in single-chamber microbial fuel cells (MFCs). Experiments for catalyst loading rate revealed that iron(II) phthalocyanine (FePc) can be a promising alternative, comparable to platinum (Pt) and cobalt tetramethoxyphenylporphyrin (CoTMPP), including effects of substrate concentration. Results showed that using an optimal FePc loading of $1mg/cm^2$ was equivalent to a Pt loading of $0.35mg/cm^2$ on the basis of maximum power density. Given higher loading rates or substrate concentrations, FePc proved to be a better alternative for Pt than CoTMPP. Under the optimal loading rate, it was further revealed that 40 wt% of FePc to carbon support allowed for the best power generation. These results suggest that proper control of the non-precious metal catalyst layer and substrate concentration are highly interrelated, and reveal how those combinations promote the economic power generation of single-chamber MFCs.

• 한국환경과학회지
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• 제17권8호
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• pp.933-941
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• 2008

The formation of $Co_nTiO_{n+2}$ compounds, i.e., $CoTiO_3$ and $CO_2TiO_4$, in a 5wt% $CoO_x/TiO_2$ catalyst after calcination at different temperatures has been characterized via scanning electron microscopy (SEM), Raman and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements to verify our earlier model associated with $CO_3O_4$ nanoparticles present in the catalyst, and laboratory-synthesized $Co_nTiO_{n+2}$ chemicals have been employed to directly measure their activity profiles for CO oxidation at $100^{\circ}C$. SEM measurements with the synthetic $CoTiO_3$ and $CO_2TiO_4$ gave the respective tetragonal and rhombohedral morphology structures, in good agreement with the earlier XRD results. Weak Raman peaks at 239, 267 and 336 $cm^{-1}$ appeared on 5wt% $CoO_x/TiO_2$ after calcination at $570^{\circ}C$ but not on the catalyst calcined at $450^{\circ}C$, and these peaks were observed for the $Co_nTiO_{n+2}$ compounds, particularly $CoTiO_3$. All samples of the two cobalt titanate possessed O ls XPS spectra comprised of strong peaks at $530.0{\pm}0.1$ eV with a shoulder at a 532.2-eV binding energy. The O ls structure at binding energies near 530.0 eV was shown for a sample of 5 wt% $CoO_x/TiO_2$, irrespective to calcination temperature. The noticeable difference between the catalyst calcined at 450 and $570^{\circ}C$ is the 532.2 eV shoulder which was indicative of the formation of the $Co_nTiO_{n+2}$ compounds in the catalyst. No long-life activity maintenance of the synthetic $Co_nTiO_{n+2}$ compounds for CO oxidation at $100^{\circ}C$ was a good vehicle to strongly sup port the reason why the supported $CoO_x$ catalyst after calcination at $570^{\circ}C$ had been practically inactive for the oxidation reaction in our previous study; consequently, the earlier proposed model for the $CO_3O_4$ nanoparticles existing with the catalyst following calcination at different temperatures is very consistent with the characterization results and activity measurements with the cobalt titanates.

• 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.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제27권2호
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• pp.33-38
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• 2020

광전기화학적 물분해에서 광전극으로 이용되는 GaN은 전해질에 대해 높은 안정성을 가지고 있으며 물의 산화 환원준위를 포함하고 있어 외부전압 없이 물분해가 가능하다. 그러나 GaN 광전극의 경우, 재료 자체의 효율이 낮아 상용화하기에는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 광효율을 향상시키기 위해 Cobalt phosphate(Co-pi) 촉매를 광전기증착(Photoelectro-deposition)방법을 통하여 GaN 광전극에 도입하였다. Co-pi 촉매 증착 후 SEM, EDS, XPS분석을 진행하여 Co-pi의 증착 여부 및 증착 정도를 확인하고, Potentiostat를 이용해 PEC 특성을 분석하였다. SEM 이미지를 통해 Co-pi가 GaN 표면 위에 20~25 nm 사이즈의 클러스터 형태로 고르게 증착되어 있는 것을 확인하였다. EDS 및 XPS 분석을 통해 GaN 표면의 입자가 Co-pi임을 확인하였다. 이 후 측정된 PEC 특성에서 Co-pi를 증착 시킨 후 0.5 mA/㎠에서 0.75 mA/㎠로 향상된 광전류밀도 값을 얻을 수 있었다. 향상된 원인을 밝히기 위하여, 임피던스 및 Mott-Schottky 측정을 진행하였고, 측정 결과, 50.35 Ω에서 34.16 Ω으로 감소한 분극저항(R_p)과 증가된 donor 농도(N_D) 값을 확인하였다. 물분해 전 후, 표면 성분을 분석한 결과 물분해 후에도 Co-pi가 남아있음으로써 Co-pi 촉매가 안정적이라는 것을 확인하였다. 이를 통해, Co-pi가 GaN의 효율 향상을 위한 촉매로서 효과가 있음을 확인하였고, 다른 광전극에 촉매로써 적용시켰을 경우, PEC 시스템의 효율을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제26권2호
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• pp.223-224
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• 2005

• 공업화학
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• 제22권2호
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• pp.161-166
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• 2011

이산화탄소를 수소와 일산화탄소로 전환시키는 이산화탄소 건조 개질반응은 대표적인 흡열반응이며 열역학적으로 불리한 반응으로 알려져 있다. 이러한 문제를 극복하기 위해 높은 열적 내구성과 수명 최적화에 적합한 귀금속계 촉매 개발 연구가 활발히 진행되고 있으나 경제적인 어려움을 지니고 있다. 본 연구에서는 $Co/SiO_2$ 촉매에 Pt (0.02~0.2 wt%)와 La (2~20 wt%)을 각각 담지시켜 이산화탄소 건조 개질반응을 통해 우수한 활성과 경제적인 사용을 할 수 있는 함량을 확인 할 수 있었다. 그 결과, 0.04 wt% Pt 또는 9 wt% La을 담지하였을 경우에 각각 57%와 55%의 가장 높은 활성도를 보여주었다. 촉매 특성화에 의하여 0.04 wt% Pt와 9 wt% La이 첨가된 촉매의 코발트 입자 크기는 이 연구에서 가장 작은 입자 크기를 가진다는 것을 확인하였다. 그러므로 코발트의 입자 크기가 Pt와 La의 함량 때문에 촉매의 안정성과 반응성에 영향을 주는 것을 알 수 있었다.