Lee, Jung-Il;Ko, Daehyeon;Mhin, Sungwook;Ryu, Jeong Ho
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.31
no.3
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pp.143-148
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2021
Alkaline oxygen evolution reaction (OER) electrocatalysts have been widely studied for improving the efficiency and green hydrogen production through electrochemical water splitting. Transition metal-based electrocatalysts have emerged as promising materials that can significantly reduce the hydrogen production costs. Among the available electrocatalysts, transition metal-based layered double hydroxides (LDHs) have demonstrated outstanding OER performance owing to the abundant active sites and favorable adsorption-desorption energies for OER intermediates. Currently, cobalt doped nickel LDHs (NiCo LDHs) are regarded as the benchmark electrocatalyst for alkaline OER, primarily owing to the physicochemical synergetic effects between Ni and Co. We report effects of heat-treatment of the as-grown NiCo LDH on electrocatalytic activities in a temperature range from 250 to 400℃. Electrocatalytic OER properties were analysed by linear sweep voltammetry (LSV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The heat-treatment temperature was found to play a crucial role in catalytic activity. The optimum heat-treatment temperature was discussed with respect to their OER performance.
Some new nanohybrid materials have been synthesized by intercalating the oxotitanium(IV) meso-tetrakis(4- sulfonatophenyl) porphyrin$(O=Ti^{(IV)} TSPP)$ into the Zn/Al layered double hydroxides (LDHs), and their structures and photophysical properties have been investigated by various laser spectroscopic techniques. According to the XRD pattern of the synthesized nanohybrid materials, the macrocycle plane of $O=Ti^{(IV)}$ TSPP are grafted perpendicular to the LDH layers. The $O=Ti^{(IV)}$ TSPP-intercalated LDH exhibits band broadening of the absorption spectrum and a blue shift of Q-band as compared to that observed in solution. Resonance Raman spectral measurements demonstrate that the positively charged LDHs give rise to a slight decrease of the electronic density of the porphyrin ring accompanying a small change of the electronic distribution of the $O=Ti^{(IV)}$ TSPP. Consequently the LDH environment affects the energies of the two highest occupied molecular orbitals (HOMOs) of the $O=Ti^{(IV)}$) TSPP, $a_{1u}$ and $a_{2u}$, producing a mixed orbital character. Being consistent with these electronic structural changes of $O=Ti^{(IV)}$ TSPP in LDH, both the fluorescence spectral change and the fsdiffuse reflectance transient measurements imply that the photoexcitation of the $O=Ti^{(IV)}$ TSPP intercalated into LDH undergoes fast relaxation to the O=Ti(IV) $TSPP^+-LDH^- $charge transfer (CT) state within a few picoseconds, followed by a photoinduced electron transfer between the O=Ti(IV) TSPP and LDHs with a rate constant greater than %1×10^{10}S^{-1}$. No evidence is found for back electron transfer. In conclusion, the $O=Ti^{(IV)}$ TSPP intercalated LDH seems to be a possible candidate for an artificial reaction center for an efficient solar energy conversion system.
In this review paper, previous studies on layered double hydroxides (LDHs) published in the Korean Citation Index (KCI) were examined to investigate a research trend for LDHs in Korea. Since the first publication in 2002, 160 papers on LDHs have been published until January 2023. Among the 31 academic fields, top 5 fields appeared in the order of chemical engineering, chemistry, materials engineering, environmental engineering, and physics. The chemical engineering shows the highest record of published paper (71 papers) while around 10 papers have been published in the other four fields. All papers were reclassified into 15 research fields based on the industrial and academic purposes of using LDHs. The top 5 in these fields are in order of environmental purification materials, polymer catalyst materials, battery materials, pharmaceutical/medicinal materials, and basic physicochemical properties. These findings suggest that researches on the applications of LDH materials in the academic fields of chemical engineering and chemistry for the improvement of their functions such as environmental purification materials, polymer catalysts, and batteries have been being most actively conducted. The application of LDHs for cosmetic and agricultural purposes and for developing environmental sensors is still at the beginning of research. Considering a market-potential and high-efficiency-eco-friendly trend, however, it will deserve our attention as emerging application fields in the future. All reclassified papers were summarized in our tables and a supplementary file, including information on applied materials, key results, characteristics and synthesis methods of LDHs used. We expect that our findings of overall trends in LDH research in Korea can help design future researches with LDHs and suggest policies for resources and energies as well as environments efficiently.
Experiments for As(V) removal using synthesized $Ca{\cdot}Al$-monosulfate was performed from the water contaminated with arsenate. Monosulfate is known as LDHs (Layered Double Hydroxides) which is one of the anionic clay minerals. Monosulfate was synthesized mixing $C_3A$ (tricalcium aluminate), gypsum (calcium sulfate), and water with an intercalation method. The product form the synthesis was characterized by FE-SEM, WDXRF, PXRD, and FT-IR. Experiments with different doses of monosulfate were carried out for kinetic. As a result of experiment, the concentration of As(V) was reduced from 0.67 mM to 0.19 mM (0.67mM of monosulfate) and 0.178 mM (1.34 mM of monosulfate). The concentration of sulfate was increased with As(V) decrease. The result of PXRD showed that the d-spacing of inter layer ($d_{003}$ peak) was shifted from 8.927 ${\AA}$ to 8.095 ${\AA}$ because the sulfate in the inter layer of monosulfate was exchanged arsenate with water molecules bonded. From the FT-IR results, a new single band (800 cm-1) was observed after the reaction of monosulfate and As(V). The arsenic removal can be regarded as anion exchange mechanism that is one of the characteristics of LDHs from the results of PXRD and FT-IR analysis.
This study was carried out to evaluate the possibility of Chromium removal by 3 different kinds of adsorbents, where activated carbon(AC), carbon nanotube(CNT) and layered double hydroxides(LDHs) were employed. The highest surface area was shown in AC and pore volume was in CNT which were $1028.1m^2{\cdot}g^{-1}$ and $0.829cm^2{\cdot}g^{-1}$, respectively. AC and CNT are composed of more than 99% carbon. AC has shown the possibility of chromium removal more than 80.2% under the acidic pH condition.
Due to pronounced mechanical performance and being environmental friendly, aqueous polymer isocyanate adhesive (API) has been widely applied in the production of formaldehyde-free wood products. In this study, flame retardant formaldehyde-free plywood was prepared by incorporation of flame retardants into the API adhesive. Partially phosphorylated poly (vinyl alcohol) (PPVA) which was prepared by reacting poly (vinyl alcohol) with phosphoric acid was used to replace PVA in API formula. In addition, Mg-Al layered double hydroxides (LDH) was chosen as additive flame retardant, replacing traditional filler CaCO3 in API adhesive formula. And then, the flame retardant API adhesive with main agent (PPVA replacing PVA70wt.%, SBR emulsion 30wt.%), curing agent 10wt.% (accounts for of the main agent), and 20wt.% LDHs (accounts of the main agent) was used to prepare flame retardant plywood. The effect of application of PPVA and Mg-Al LDH on bonding strength of plywood was investigated. The flammability characteristics of the plywood were determined by cone calorimeter test (CCT). The results revealed that compared with the plywood prepared with API adhesive, the use of PPVA and LDH enhanced the flame retardancy of plywood without negatively affecting bonding strength. The CCT tests indicated that the heat release and smoke production flame retardant API plywood were lower than those of the ordinary API glued plywood. Promising developments for flame retardant API adhesive were expected in future applications of flame retardant formaldehyde-free plywood.
Ionic conduction mechanism of Mg-Al layered double hydroxides (LDHs) intercalated with CO32- (Mg-Al CO32- LDH) was studied. The electromotive force for the water vapor concentration cell using Mg-Al CO32- LDH as electrolyte showed water vapor partial pressure dependence and obeyed the Nernst equation, indicating that the hydroxide ion transport number of Mg-Al CO32- LDH is almost unity. The ionic conductivity of Mg(OH)2, MgCO3 and Al2(CO3)3 was also examined. Only Al2(CO3)3 showed high hydroxide ion conductivity of the order of 10-4 S cm-1 under 80% relative humidity, suggesting that Al2(CO3)3 is an ion conducting material and related to the generation of carrier by interaction with water. To discuss the ionic conduction mechanism, Mg-Al CO32- LDH having deuterium water as interlayer water (Mg-Al CO32- LDH(D2O)) was prepared. After the adsorbed water molecules on the surface of Mg-Al CO32- LDH(D2O) were removed by drying, DC polarization test for dried Mg-Al CO32- LDH(D2O) was examined. The absorbance attributed to O-D-stretching band for Mg-Al CO32- LDH(D2O) powder at around the positively charged electrode is larger than that before polarization, indicating that the interlayer in Mg-Al CO32- LDH is a hydroxide ion conduction channel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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