• 제목/요약/키워드: electrochemical reactions

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Mo 도핑을 이용한 NiCo LDH 나노결정의 산소발생반응 향상 (Enhancement of oxygen evolution reaction of NiCo LDH nanocrystals using Mo doping)

  • 조경원;유정호
    • 한국결정성장학회지
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    • 제34권3호
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    • pp.92-97
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    • 2024
  • 수소 생산을 위한 물 분해 시스템의 효율성을 높이려면 산소 발생 반응(OER, Oxygen Evolution Reaction)에서 촉매로 인해 발생하는 전기화학 반응의 높은 과전압을 감소시켜야 한다. 그중 전이금속을 포함하는 LDH(Layered Double Hydroxide)와 같은 화합물은 현재 사용되고 있는 백금 등의 귀금속을 대체할 수 있는 촉매 소재로 주목받고 있다. 본 연구에서는 저렴한 금속 다공성 물질인 니켈 폼을 지지체로 사용하였고, 수열합성 공정을 통해 NiCo LDH 나노결정을 합성하였다. 또한, OER 특성을 향상시키기 위해 Mo를 도핑하여 합성한 Mo 도핑된 NiCo LDH 나노결정 시료의 형태, 결정구조, 물분해 특성의 변화를 관찰하였다.

Bis(Hydroxyethyl)dithiocarbamate 의 이핵 몰리브덴 (Ⅴ) 착물 합성과 그 성질 (Preparation and Characterization of Dimeric Molybdenum(Ⅴ) Complexes with Bis(hydroxyethyl)dithiocarbamate)

  • 예경학;구본권
    • 대한화학회지
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    • 제34권5호
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    • pp.452-459
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    • 1990
  • 일련의 산소 및 황 가교결합의 이핵 몰리브덴(V) 착물, Mo$_2$O$_4$L$_2$, Mo$_2$O$_3$L$_4$, Mo$_2$O$_2$S$_2$L$_2$, 그리고 Mo$_2$OS$_3$L$_2$, L = bis(hydroxyethyl)dithiocarbamate을 합성하였다. 말단과 가교의 산소결합 착물은 수용액에서 (PyH)$_2$MoOCl$_5$ 혹은 MoCl$_5$와 리간드의 반응으로부터 합성되었고, Mo$_2$O$_4^{2+}$핵에서 산소가 황으로 치환된 착물, Mo$_2$O$_2$S$_2$L$_2$은 Mo$_2$OS$_3$L$_2$의 클로로포름 용액에 트리페닐포스핀을 가하므로 합성되었다. 한편, Mo$_2$OS$_3$L$_2$착물은 sodium dithionite 존재하에서 (NH$_4$)$_2$MoS$_4$와 리간드의 수용액으로부터 얻어졌다. 합성한 착물에 대한 원소분석과 ir, uv-vis, nmr, 그리고 mass 스펙트라에 의한 착물의 분광학적 성질을 조사하였다. 또한 디메틸술폭시드 용액에서 이들 착물의 전기화학적 성질을 순환전압-전류법으로 조사하였다.

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1,4-Dibora-2-cyclohexene 유도체들의 합성과 그 성질 (Synthesis and Properties of 1,4-Diboracyclohexene-2 Derivatives)

  • 엄재국;호동기
    • 대한화학회지
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    • 제34권5호
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    • pp.490-497
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    • 1990
  • 1,4-dibora-2-cyclohexene 고리화합물 8을 합성하기 위한 두 가지 방법이 개발되었다. 방법 i)은 1,2-bis(dichloroaluminyl)ethane을 출발물질로 하는데 이 물질은 AlCl$_2$ 부분을 BCl$_2$로 치환시켜준다. 1,2-bis(dichloroaluminyl)ethane에 결합된 염소를 BI$_3$로 교환시켜 대응되는 요오드 화합물을 얻고 이 화합물을 alkynes와 반응시켜 헤테로고리화합물 8a, b를 많이 얻었다. 방법 ii)는 B$_2$Cl$_4$를 alkynes에 부가시켜 얻어지는 염소화합물에 BI$_3$를 치환시켜 bis(diiodoboryl)ethane유도체를 얻고 이 화합물에 alkynes와 산화환원반응을 하여줌으로 8c, d를 얻는다. 요오드 유도체인 8a는 pyridine 부가물인 9a를 생성하고 또 ether와 반응하여 ethoxy 유도체인 8e를 생성시킨다. 요오드 유도체의 dimethyl amino 치환제가 8f이다. 8a-d와 AlMe$_3$를 반응시켜 대응되는 methyl유도체인 8g-j를 얻고 이들 화합물은 THF속에서 칼륨과 반응시켜 불안정한 라디칼 음이온이 생성되고 여기서 ESR 결과가 측정된다. 8g-j의 전기화학적인 실험이 비가역적인 환원반응으로 나타났다. 8g-j화합물은 (C$_5$H$_5$)CO(C$_2$H$_4$)$_2$와 반응하여 중간체인 16개 VE(valence electron)를 갖는 착물 (C$_5$H$_5$)Co(8)이 얻어지는데 이 화합물은 다시 C-H 활성화에 의해 대응되는 붉은색의 1,4-diboracyclohexene 착물 10을 생성하게 된다. 착물 10h와 10j의 X-ray 구조가 결정되었다.

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용융탄산염 연료전지 스택 온도 조절을 위한 분리판에 관한 수치 해석 연구 (Numerical Studies of a Separator for Stack Temperature Control in a Molten Carbonate Fuel Cell)

  • 김도형;김범주;임희천
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제22권3호
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    • pp.305-312
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    • 2011
  • The use of a separator to control stack temperature in a molten carbonate fuel cell was studied by numerical simulation using a computational fluid dynamics code. The stack model assumed steady-state and constant-load operation of a co-flow stack with an external reformer at atmospheric pressure. Representing a conventional cell type, separators with two flow paths, one each for the anode and cathode gas, were simulated under conditions in which the cathode gas was composed of either air and carbon dioxide (case I) or oxygen and carbon dioxide (case II). The results showed that the average cell potential in case II was higher than that in case I due to the higher partial pressures of oxygen and carbon dioxide in the cathode gas. This result indicates that the amount of heat released during the electrochemical reactions was less for case II than for case I under the same load. However, simulated results showed that the maximum stack temperature in case I was lower than that in case II due to a reduction in the total flow rate of the cathode gas. To control the stack temperature and retain a high cell potential, we proposed the use of a separator with three flow paths (case III); two flow paths for the electrodes and a path in the center of the separator for the flow of nitrogen for cooling. The simulated results for case III showed that the average cell potential was similar to that in case II, indicating that the amount of heat released in the stack was similar to that in case II, and that the maximum stack temperature was the lowest of the three cases due to the nitrogen gas flow in the center of the separator. In summary, the simulated results showed that the use of a separator with three flow paths enabled temperature control in a co-flow stack with an external reformer at atmospheric pressure.

초음파와 전기분해를 이용한 수중의 난분해성 유기물질의 분해 특성 (Characteristics of Decomposition for Refractory Organic Compounds in Aqueous Solution by Sonolysis and Electrolysis)

  • 정재백;이성호;배준웅
    • 대한화학회지
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    • 제50권6호
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    • pp.454-463
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    • 2006
  • 폐수처리방법으로는 분해가 어려운 유해화합물을 효과적으로 정화처리 할 수 있는 방법 개발을 위해, 최근 주목받고 있는 새로운 AOP(advanced oxidation process, 고급산화법) 공정인 초음파분해와 전기분해를 함께 이용하여 연구하였다. 대상 물질은 TCE(trichloroethylene)와 2,4-DCP(2,4-dichlorophenol)이며, 각 공정의 분해효율과 특성을 구하기 위해 각 시료물질들에 대해 초기농도, 초기 pH, 초음파 power 그리고 전류밀도 등을 변화시키며 최적 분해 조건을 조사하였다. 또한 시료물질에 대한 라디칼 포착제로 알려진 NaHCO3의 영향을 조사하여 각 시료물질의 분해반응 경로를 간접적으로 확인한 결과는 다음과 같다. TCE는 열분해반응이 지배적이며, 2,4-DCP 경우는 열분해반응 못지않게 라디칼 분해반응도 경쟁적으로 일어난다는 것을 알 수 있었다. 초음파와 전기분해를 동시에 적용시켰을 때, 두 시료 모두에서 120분 이내, 65% 이상 제거율을 보였으며, 제거율은 초기농도가 높을 때 그리고 초음파 power와 전류밀도가 증가할수록 향상되었다. 그리고 초기수용액의 pH 영향 실험에서는 TCE는 산성수용액에서 제거율이 높지만 2,4-DCP의 경우에는 알칼리성 수용액에서 제거율이 높은 것으로 나타났다.

열처리 온도가 전기방사방법을 이용하여 제조한 PEMFC용 TiO2 담체의 물리적 특성에 미치는 영향 (Effects of Calcination Temperature on Characteristics of Electrospun TiO2 Catalyst Supports for PEMFCs)

  • 권초롱;유성종;장종현;김형준;김지현;조은애
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제24권3호
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    • pp.223-229
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    • 2013
  • Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) is a power generation system to convert chemical energy of fuels and oxidants to electricity directly by electrochemical reactions. As a catalyst support for PEMFCs, carbon black has been generally used due to its large surface area and high electrical conductivity. However, under certain circumstances (start up/shut down, fuel starvation, ice formation etc.), carbon supports are subjected to serve corrosion in the presence of water. Therefore, it would be desirable to switch carbon supports to corrosion-resistive support materials such as metal oxide. $TiO_2$ has been attractive as a support with its stability in fuel cell operation atmosphere, low cost, commercial availability, and the ease to control size and structure. However, low electrical conductivity of $TiO_2$ still inhibits its application to catalyst support for PEMFCs. In this paper, to explore feasibility of $TiO_2$ as a catalyst support for PEMFCs, $TiO_2$ nanofibers were synthesized by electrospinning and calcinated at 600, 700, 800 and $900^{\circ}C$. Effects of calcination temperature on crystal structure and electrical conductivity of electrospun $TiO_2$ nanofibers were examined. Electrical conductivity of $TiO_2$ nanofibers increased significantly with increasing calcination temperature from $600^{\circ}C$ to $700^{\circ}C$ and then increased gradually with increasing the calcination temperature from $700^{\circ}C$ to $900^{\circ}C$. It was revealed that the remarkable increase in electrical conductivity could be attributed to phase transition of $TiO_2$ nanofibers from anatase to rutile at the temperature range from $600^{\circ}C$ to $700^{\circ}C$.

Pyroprocessing 공정에 사용되는 전해반응장치의 규모 확대 (Scaleup of Electrolytic Reactors in Pyroprocessing)

  • 유재형;김정국;이한수
    • 방사성폐기물학회지
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    • 제7권4호
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    • pp.237-242
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    • 2009
  • Pyroprocessing에 의한 사용후핵 연료 처 리 과정에서 핵 연료 물질은 전해정련장치, 전해환원장치, 전해제련장치의 전해조에서 전극표면에서의 전기화학반응과 전해질의 교반을 통해서 회수된다. 따라서 이 장치들은 장차 pyroprocessing의 실용화를 위하여 규모 확대가 필요하다. 본 연구에서는 교반을 수반하는 전해반응 장치를 대규모 장치로 확대코자 할 때 합리적으로 적용할 수 있는 장치규모 확대 기법을 고찰해 보았다. 장치 규모 확대에 있어 장치크기와 전극 표면적의 크기는 기하학적 유사성이 기본적으로 적용되어야 한다. 그밖에 전해질의 유동특성을 좌우하는 기준 가운데 전해질의 단위체적당 에너지 투입량이 동일하다는 기준을 채택할 경우 시행착오법 에 의한 계산절차를 도출해내었으며, 이 계산법은 전해조에서의 적절한 교반속도를 구할 수 있게 해 준다. 또 임의의 소규모 전해반응 시스템에 대하여 단위체적당 에너지 투입량이 동일하다는 기준과 교반기 날개끝 속도가 동일하다는 기준을 적용할 경우 전해조의 규모 확대에 관한 일례를 제시하였다.

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$TiO_{2}$ 광촉매 막의 전기화학 반응에 의한 유기물의 산화 (Oxidation of Organic Compounds through the Electrochemical Reaction Using $TiO_{2}$ Photocatalytic Membranes)

  • 현상훈;이기홍
    • 멤브레인
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    • 제6권2호
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    • pp.101-108
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    • 1996
  • 반도성 세라믹 광촉매 막 반응기(membrane reactor)에 의한 난분해성 유독 유기물질의 효율적인 분해공정을 개발하기 위한 기초 연구로서 $TiO_{2}$ 광촉매 막의 전기화학 반응에 의한 개미산(formic acid)의 산화/분해 효율성에 대해 연구하였다. 막 반응기는 용액의 여과(filtration)와 광전기화학 반응에 의한 유기물의 광분해를 동시에 수행할 수 있도록 제작되었다. 복합막의 담체임과 동시에 전극의 역할을 할 수 있는 전기 전도성 $SnO_{2}$ 또는 stainless steel 다공성 튜브상에 pH가 1.45인 $TiO_{2}$ 졸을 졸-겔 침지 코팅하여 광촉매 복합막을 제조하였으며 광원으로는 365 nm 파장을 갖는 UV를 사용하였다. $TiO_{2}$ 광촉매 막의 전기화학 반응에 의한 개미산의 산화효율은 전극에 걸어주는 전압과 반응시간에 따라 증가하였으나 투과량(flux)에는 거의 무관하였다. $TiO_{2}/SnO_{2}$ 복합막을 사용한 경우 외부 전압을 27V 걸어주었을때 77% 정도의 산화효율을 얻을 수 있었으며 $TiO_{2}$/stainless steel 복합막에서는 90% 이상이었다. 광촉매 전기화학 반응을 이용함으로써 높은 투과량하에서도 개미산의 산화효율을 단순한 $TiO_{2}$ 광촉매 반응에서 보다 6~7배 가량 증진시킬 수 있었다.

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Synthesis and Characterization of Quinoxaline-Based Thiophene Copolymers as Photoactive Layers in Organic Photovoltaic Cells

  • Choi, Yoon-Suk;Lee, Woo-Hyung;Kim, Jae-Ryoung;Lee, Sang-Kyu;Shin, Won-Suk;Moon, Sang-Jin;Park, Jong-Wook;Kang, In-Nam
    • Bulletin of the Korean Chemical Society
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    • 제32권2호
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    • pp.417-423
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    • 2011
  • A series of new quinoxaline-based thiophene copolymers (PQx2T, PQx4T, and PQx6T) was synthesized via Yamamoto and Stille coupling reactions. The $M_ws$ of PQx2T, PQx4T, and PQx6T were found to be 20,000, 12,000, and 29,000, with polydispersity indices of 2.0, 1.2, and 1.1, respectively. The UV-visible absorption spectra of the polymers showed two distinct absorption peaks in the ranges 350 - 460 nm and 560 - 600 nm, which arose from the ${\pi}-{\pi}^*$ transition of oligothiophene units and intramolecular charge transfer (ICT) between a quinoxaline acceptor and thiophene donor. The HOMO levels of the polymer ranged from -5.37 to -5.17 eV and the LUMO levels ranged from -3.67 to -3.45 eV. The electrochemical bandgaps of PQx2T, PQx4T, and PQx6T were 1.70, 1.71, and 1.72 eV, respectively, thus yielding low bandgap behavior. PQx2T, PQx4T, and PQx6T had open circuit voltages of 0.58, 0.42, and 0.47 V, and short circuit current densities of 2.9, 5.29 and 9.05 mA/$cm^2$, respectively, when $PC_{71}BM$ was used as an acceptor. For the solar cells with PQx2T-PQx6T:$PC_{71}BM$ (1:3) blends, an increase in performance was observed in going from PQx2T to PQx6T. The power conversion efficiencies of PQx2T, PQx4T, and PQx6T devices were found to be 0.69%, 0.73%, and 1.80% under AM 1.5 G (100 mW/$cm^2$) illumination.

침상 코크스의 피치 코팅에 따른 리튬 이차전지 탄소계 음극소재의 전기화학적 특성 (Electrochemical Properties of Needle Coke through a Simple Carbon Coating Process for Lithium Ion Battery)

  • 황진웅;이종대;임지선
    • 공업화학
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    • 제31권5호
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    • pp.514-519
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    • 2020
  • 흑연 소재는 높은 구조적 안정성 및 낮은 가격으로 리튬 이차전지 음극소재로 이용되고 있다. 또한, 탄소 소재의 낮은 속도 특성을 개선하려는 탄소 코팅 연구가 활발히 진행되고 있다. 탄소 코팅은 화학적 반응을 이용하는 CVD 코팅, 용매를 사용하는 습식 코팅, 기계적 충돌에 의한 건식 코팅으로 나뉜다. 본 논문에서는 습식 코팅 공정에서 사용 용매에 따라 탄소 전구체(피치)의 일부만 사용될 수 있는 문제와 용매 제거에 의한 환경 문제를 해결하고자 건식 공정인 고속 분쇄/코팅 공정을 이용하여 리튬 이차전지 음극용 탄소 소재를 제조하였다. 침상 코크스와 피치의 무게비는 8 : 2 wt.%으로 하고, 고속 분쇄/코팅 공정을 이용하여 침상 코크스의 분쇄와 피치의 코팅을 통한 구상화를 진행하였을 때, 침상 코크스의 모서리 면이 피치로 코팅되는 것을 확인하였다. 이 소재를 2400 ℃ 고온 열처리를 진행한 결과 피치 코팅되지 않은 소재와 비교하여 초기용량과 효율은 큰 차이를 보이지 않았으나, 10C/0.1C 속도 특성에서 41.8%의 성능이 향상되었다. 고속 분쇄/코팅 공정을 통해 제조된 소재는 고속 방전용 리튬 이차전지 음극 소재에 사용될 수 있을 것으로 생각된다.