• 제목/요약/키워드: metal catalyst

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Development of Micro-Tubular Perovskite Cathode Catalyst with Bi-Functionality on ORR/OER for Metal-Air Battery Applications

  • Jeon, Yukwon;Kwon, Ohchan;Ji, Yunseong;Jeon, Ok Sung;Lee, Chanmin;Shul, Yong-Gun
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제57권3호
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    • pp.425-431
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    • 2019
  • As rechargeable metal-air batteries will be ideal energy storage devices in the future, an active cathode electrocatalyst is required with bi-functionality on both oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) during discharge and charge, respectively. Here, a class of perovskite cathode catalyst with a micro-tubular structure has been developed by controlling bi-functionality from different Ru and Ni dopant ratios. A micro-tubular structure is achieved by the activated carbon fiber (ACF) templating method, which provides uniform size and shape. At the perovskite formula of $LaCrO_3$, the dual dopant system is successfully synthesized with a perfect incorporation into the single perovskite structure. The chemical oxidation states for each Ni and Ru also confirm the partial substitution to B-site of Cr without any changes in the major perovskite structure. From the electrochemical measurements, the micro-tubular feature reveals much more efficient catalytic activity on ORR and OER, comparing to the grain catalyst with same perovskite composition. By changing the Ru and Ni ratio, the $LaCr_{0.8}Ru_{0.1}Ni_{0.1}O_3$ micro-tubular catalyst exhibits great bi-functionality, especially on ORR, with low metal loading, which is comparable to the commercial catalyst of Pt and Ir. This advanced catalytic property on the micro-tubular structure and Ru/Ni synergy effect at the perovskite material may provide a new direction for the next-generation cathode catalyst in metal-air battery system.

고분자 전해질 다층박막을 이용한 과산화수소 직접제조 반응 중 활성금속 용출 억제 방법 (A Method for Suppression of Active Metal Leaching during the Direct Synthesis of H2O2 by Using Polyelectrolyte Multilayers)

  • 정영민
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제53권2호
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    • pp.262-268
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    • 2015
  • 본 연구에서는 일반적인 귀금속 담지법과 담체 위에 형성한 고분자 전해질 다층 박막 내에 귀금속을 내포시키는 방법으로 촉매를 제조하고, 과산화수소 직접제조 반응에 적용하여 촉매의 제조 방법이 과산화수소 생산성 및 촉매 수명에 미치는 영향을 조사하였다. 촉매의 활성은 제조 방법에 상관없이 담체의 산세기에 크게 의존하였으며, 사용한 담체들 중 산세기가 가장 강한 HBEA(SAR=25)를 사용한 경우가 활성이 가장 우수하였다. 단순 귀금속 담지 촉매는 고분자 전해질 다층 박막을 도입한 촉매보다 과산화수소 생산성은 우수하였으나, 반응 중 활성 금속인 Pd의 용출로 인해 재사용 횟수가 증가할 때마다 활성이 급격히 감소하였다. 한편, 고분자 전해질 다층 박막의 도입은 산성 담체의 역할을 약화시켜 촉매 활성은 감소하고 과산화수소 분해능은 증가하여 전체적으로 과산화수소의 생산성이 감소되는 결과를 가져왔다. 하지만, 5회에 걸친 재사용 동안에도 촉매 활성이 유지되었으며, 이러한 비약적인 촉매 수명의 향상은 담체 위에 고분자 전해질 다층 박막을 도입하는 것이 반응 중 활성 금속의 용출 억제 측면에서 매우 효과적이라는 것을 시사한다.

폐산화철촉매에 의한 도금폐수중 크롬이온 회수에 관한 기초연구 (A study on the recovery of chromium from metal-plating wastewater with spent catalyst)

  • 이효숙;오영순;이우철
    • 자원리싸이클링
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    • 제13권2호
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    • pp.9-15
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    • 2004
  • 석유화학공정으로부터 폐기되는 폐산화철촉매를 이용하여 도금합성폐수중 크롬회수에 관한 연구를 회분식과 연속식으로 실시하였다. 도금합성제수 중 $CrO _{4}^{-2}$ 형태의 음이온으로 존재하는 6가 크롬은 폐산화철촉매의 등전점(pH 3.0)이하에서 폐촉매와 물리적 흡착을 한다. 한편, 6가 크롬은 pH 3.0 이상에서도 폐촉매의 수산화철과 산화환원반응에 의해 일부 환원되어 $Cr(OH)_3$로 침전한다. 컬럼을 이용한 크롬 연속회수실험에서 크롬합성폐수의 pH가 0.5∼2.0일 때 폐촉매의 크롬흡착량은 2.0∼2.3g/L이며, pH가 3.0에서는 1.5g/L이었다. 폐수 중 크롬농도가 50∼500mg/L로 높아질수록 폐촉매에 흡착한 크롬누적량은 1.29∼8.56g/L로 증가하지만, 유속이 30∼80 ml/mm으로 증가하여도 크롬 흡착누적량은 2.21∼2.49 mg/L로 거의 유사하였다.

Recent Advances in Catalyst Materials for PEM Water Electrolysis

  • Paula Marielle Ababao;Ilwhan Oh
    • 전기화학회지
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    • 제26권2호
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    • pp.19-34
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    • 2023
  • Due to the intermittency of renewable energy sources, a need to store and transport energy will increase. Hydrogen production through water electrolysis will provide an excellent way to supplement the intermittency of renewable energy sources. While alkaline water electrolysis is currently the most mature technology, it has drawbacks of low current density, large footprint, gas crossover, etc. The PEM water electrolysis has potential to replace the alkaline electrolysis. However, expensive catalyst material used in the PEM electrolysis has been the bottleneck of widespread use. In this review, we have reviewed recent efforts to reduce catalyst loading in PEM water electrolysis. In core-shell nanostructures, the precious metal catalyst forms a shell while heteroatoms form a core. In this way, the catalyst loading can be significantly reduced while maintaining the catalytic activity. In another approach, a corrosion-resistant support is utilized, which provides a stable platform to impregnate precious metal catalyst.

The Influence of a Second Metal on the Ni/SiC Catalyst for the Methanation of Syngas

  • Song, Lanlan;Yu, Yue;Wang, Xiaoxiao;Jin, Guoqiang;Wang, Yingyong;Guo, XiangYun
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제52권5호
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    • pp.678-687
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    • 2014
  • The catalytic performance of silicon carbide supported nickel catalysts modified with or without second metal (Co, Cu and Zn) for the methanation of CO has been investigated in a fixed-bed reactor using a feed consisting of 25% CO and 75% $H_2$ without any diluent gas. It has been found that the introduction of Co species can clearly improve the catalytic activity of Ni/SiC catalyst, whereas the addition of Cu or Zn can result in a significant decrease in the catalytic activity. The characterizations by means of XRD, TEM, XPS, CO-TPD and $H_2$-TPR indicate that the addition of Co could decrease the particle size of active metal, increase active sites on the surface of methanation catalyst, improve the chemisorption of CO and enhance the reducibility of methanation catalysts. Additionally, the special interaction between Co species and Ni species is likely favorable for the dissociation of adsorbed CO on the surface of catalyst, and this may also contribute to the high activity of 5Co-Ni/SiC catalyst for CO methanation reaction. For 5Cu-Ni/SiC catalyst and 5Zn-Ni/SiC catalyst, Cu and Zn species could cover partial nickel particles and decrease the chemisorption amount of CO. These could be responsible for the low methanation activity. In addition, a 150h stability test under 2 MPa and $300^{\circ}C$ showed that 5Co-Ni/SiC catalyst was very stable for CO methanation reaction.

고분자 전해질 연료전지용 촉매 소재 개발을 위한 원자층증착법 연구 동향 (Recent Research Progress on the Atomic Layer Deposition of Noble Metal Catalysts for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)

  • 한정환
    • 한국분말재료학회지
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    • 제27권1호
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    • pp.63-71
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    • 2020
  • It is necessary to fabricate uniformly dispersed nanoscale catalyst materials with high activity and long-term stability for polymer electrolyte membrane fuel cells with excellent electrochemical characteristics of the oxygen reduction reaction and hydrogen oxidation reaction. Platinum is known as the best noble metal catalyst for polymer electrolyte membrane fuel cells because of its excellent catalytic activity. However, given that Pt is expensive, considerable efforts have been made to reduce the amount of Pt loading for both anode and cathode catalysts. Meanwhile, the atomic layer deposition (ALD) method shows excellent uniformity and precise particle size controllability over the three-dimensional structure. The research progress on noble metal ALD, such as Pt, Ru, Pd, and various metal alloys, is presented in this review. ALD technology enables the development of polymer electrolyte membrane fuel cells with excellent reactivity and durability.

Ru/Al2O3/메탈폼 촉매를 이용한 친환경 액체추진제 분해 (Decomposition of Eco-friendly Liquid Propellants over Ruthenium/Al2O3/metal foam Catalysts)

  • 유달산;전종기
    • 청정기술
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    • 제25권3호
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    • pp.256-262
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    • 2019
  • Hydroxylammonium nitrate (HAN) 기반 액상 추진제는 발암물질이 아니며 연소가스 또한 독성이 거의 없어서 환경 친화적인 추진제로 주목을 받고 있다. 추력기에서 HAN 기반 액체추진제를 분해하는데 사용되는 촉매는 저온 활성 및 고내열성을 동시에 보유하고 있어야 한다. 본 연구의 목적은 metal foam 표면에 alumina slurry를 wash coating 방법으로 담지한 후, 루테늄(ruthenium) 전구체를 그 위에 담지하여 Ru/alumina/metal foam 촉매를 제조하고, 이 촉매의 HAN 수용액 분해 활성을 평가하는 것이다. Wash coating 방법으로 metal foam 지지체에 알루미나를 담지시키는 과정에서 wash coating 반복 횟수가 alumina/metal foam의 물리적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 알루미나 wash coating 횟수가 증가할수록 약 7 nm의 직경을 갖는 메조기공이 지속적으로 발달하여 표면적과 기공 부피가 증가하는데, metal foam에 알루미나를 코팅하는 과정을 12 회 반복하는 것이 최적이라고 판단하였다. 이 지지체에 Ru을 담지한 Ru/alumina/metal foam 촉매의 표면에도 메조기공이 잘 발달하였다. 활성금속과 알루미나를 담지하지 않은 metal foam 자체만으로도 HAN 수용액의 분해반응을 촉진할 수 있음을 알 수 있었다. Ru/alumina/metal foam-550촉매의 경우는 열분해 반응에 비해서 분해개시온도를 큰 폭으로 낮추었고, ${\Delta}P$를 크게 증가시킬 수 있어서, HAN 수용액 분해 반응에서 우수한 활성을 보였다. 그러나 이 촉매를 $1,200^{\circ}C$에서 소성하면 반응 활성이 저하되는데 이는 촉매의 표면적과 기공 부피가 급격하게 감소하고 Ru이 소결되기 때문이다. 추가적인 연구를 통해서 Ru/alumina/metal foam의 내열성을 개선할 필요성이 있다.

메탈폼 지지체를 이용한 액체연료 분해반응 촉매의 흡열특성 (Endothermic Properties of Liquid Fuel Decomposition Catalyst Using Metal Foam Support)

  • 문정인;김나리;정병훈;정지훈
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제59권4호
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    • pp.481-486
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    • 2021
  • 극초음속 비행체의 비행 중에 발생되는 열 문제를 해결하기 위해 탑재된 연료의 분해반응 시 나타나는 흡열효과를 이용하는 냉각기술이 개발되고 있다. 본 연구에서는 HZSM-5를 촉매로 사용하여 n-dodecane 연료의 분해반응을 수행하였으며, 촉매 분해반응의 흡열효과를 극대화하고 코크생성을 억제하기 위해 촉매를 메탈폼에 코팅하였다. 반응기는 외경 1.27 cm의 스테인리스 스틸 흐름형 반응기를 사용하였다. HZSM-5를 메탈폼에 코팅한 촉매를 사용한 촉매 분해반응 결과 흡열량은 최대 2887 kJ/kg, 기상전환율은 34% 이었으며, 메탈폼의 코크생성량은 촉매를 코팅함에 따라 촉매를 코팅하지 않은 것에 비해 약 56% 감소하였다.

열병합발전소 적용을 위한 Metal foam SCR촉매의 공간속도와 바인더 함량에 따른 NOx 저감에 관한 연구 (A Study on the NOx Reduction According to the Space Velocity Variation and Binder Content of Metal foam SCR Catalyst for Cogeneration Power Plant Application)

  • 나우진;박해경
    • 한국응용과학기술학회지
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    • 제36권1호
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    • pp.153-164
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    • 2019
  • 본 연구에서는 기존 상용 SCR 촉매보다 비표면적, 경량성 및 온도 응답성이 우수한 SCR 촉매의 개발을 목적으로 바나듐과 텅스텐의 함량과 바인더의 첨가량을 달리하여 Metal foam 형태의 지지체에 코팅하여 SCR 촉매를 제조한 후, 실험실 규모의 마이크로 상압반응기상에서 공간속도별로 NOx 저감 성능을 측정하였다. 촉매의 특성은 Porosimeter, SEM(scanning electron microscope), EDX(energy dispersive x-ray spectrometer) 및 ICP(inductively coupled plasma), 실체현미경(Stereomicroscope) 기기를 이용하여 분석하였다. 연구 결과 NOx 저감 성능은 공간속도가 증가할수록 감소하였고, 바나듐과 텅스텐의 함량이 3.5 wt.% 일 때 가장 우수한 것으로 확인하였다. 또한, 바인더 첨가량이 많을수록 NOx 저감 성능이 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 촉매 표면상의 활성점 수가 바인더에 의해 점유되어 감소된 것에 따른 것으로 판단된다. 또한 표면 코팅 상태 분석을 통하여 바인더의 첨가량이 적절히 조절 되어야 함을 알 수 있었다.

귀금속 함량에 따른 디젤산화촉매의 이산화질소 배출 특성 (Emission Characteristics of NO2 in Diesel Oxidation Catalyst according to the Content of Precious Metal)

  • 김훈명;박용성;이광구
    • 한국연소학회:학술대회논문집
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    • 한국연소학회 2012년도 제45회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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    • pp.37-38
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    • 2012
  • Two catalyst systems with different content of precious metal coated on DOC are carefully tested in a diesel engine to investigate the emission characteristics of $NO_2$. Three types of experiment methods ($NO_2$ conversion test, ETC mode test, and BPT test) are applied to compare the performance of the two catalyst systems. All the experimental results consistently indicate that it is possible to satisfy $NO_x$ regulation by properly lowering the content of precious metal without the loss of PM removal performance.

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