Choi, Insoo;Jung, Yoo Eil;Yoo, Sung Jong;Kim, Jin Young;Kim, Hyoung-Juhn;Lee, Chang Yeon;Jang, Jong Hyun
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.8
no.1
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pp.61-68
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2017
Electrochemical conversion of $CO_2$ and production of $H_2$ were attempted on a three-dimensionally ordered, porous metal organic framework (MOF-74) in which transition metals (Co, Ni, and Zn) were impregnated. A lab-scale proton exchange membrane-based electrolyzer was fabricated and used for the reduction of $CO_2$. Real-time gas chromatography enabled the instantaneous measurement of the amount of carbon monoxide and hydrogen produced. Comprehensive calculations, based on electrochemical measurements and gaseous product analysis, presented a time-dependent selectivity of the produced gases. M-MOF-74 samples with different central metals were successfully obtained because of the simple synthetic process. It was revealed that Co- and Ni-MOF-74 selectively produce hydrogen gas, while Zn-MOF-74 successfully generates a mixture of carbon monoxide and hydrogen. The results indicated that M-MOF-74 can be used as an electrocatalyst to selectively convert $CO_2$ into useful chemicals.
In this research, the mathematical modeling of the formation of SiC layer on the activated carbon was studied to improve the durability and the oxidation resistance of catalyst supports. SiC layer on the activated carbon was formed by permeating SiC from dichlorodimethylsilane(DDS) into pores and depositing while the porous structure was kept. The best conditions of manufacturing the support were found by studying the characteristics of SiC/C which was modelled under various deposition conditions. Changes of the amount of deposition, the pore diameter, the surface area with time were obtained by simulating convection, diffusion and reaction in an isothermal reactor at a steady state. The uniform deposition in the pores of samples was obtained at a lower concentration of the reactant and a lower pressure. Additionally, it was observed that the pore diameter and the surface area have points of inflection at certain times of deposition, because deposition occurred on the inside surface of the pore at first and then on the outside surface of the particle.
Kim, Sang Jun;Jo, Seung Geun;Park, Gil-Ryeong;Lee, Eun Been;Lee, Jae Min;Lee, Jung Woo
Korean Journal of Materials Research
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v.32
no.2
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pp.98-106
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2022
Metal-organic frameworks (MOFs) are widely used in various fields because they make it easy to control porous structures according to combinations of metal ions and organic linkers. In addition, ZIF (zeolitic imidazolate framework), a type of MOF, is made up of transition metal ions such as Co2+ or Zn2+ and linkers such as imidazole or imidazole derivatives. ZIF-67, composed of Co2+ and 2-methyl imidazole, exhibits both chemical stability and catalytic activity. Recently, due to increasing need for energy technology and carbon-neutral policies, catalysis applications have attracted tremendous research attention. Moreover, demand is increasing for material development in the electrocatalytic water splitting and metal-air battery fields; there is also a need for bifunctional catalysts capable of both oxidation/reduction reactions. This review summarizes recent progress of bifunctional catalysts for electrocatalytic water splitting and metal-air batteries using ZIF-67. In particular, the field is classified into areas of thermal decomposition, introduction of heterogeneous elements, and complex formation with carbon-based materials or polyacrylonitrile. This review also focuses on synthetic methods and performance evaluation.
Two different gas diffusion layers having noticeable differences in micro-porous layer's (MPL's) crack were studied as a substrate for the gas diffusion electrode (GDE) with different binder/carbon (B/C) ratios in high-temperature polymer electrolyte fuel cell (Ht-PEMFC). As a result, the performance defined as the voltage at 0.2 A/cm2 and maximum power density from the single cells using GDEs from H23 C2 and SGL38 BC with different B/C ratios were compared. GDEs from H23 C2 showed a proportional increase of the voltage with the binder content on the other hand GDEs from SGL38 BC displayed a proportional decline of the voltage to the binder content. It was revealed that MPL crack influences the structure of catalyst layer in GDEs as well as affects the RCathode which is in close connection with the Ht-PEMFC performance.
In this work, we prepared porous WO3 nanofibers (NFs) functionalized by bio-inspired catalytic $Cr_2O_3$ and $Co_3O_4$ nanoparticles as highly sensitive and selective $H_2S$ gas sensing layers. Highly porous 3-dimensional (3D) NFs networks decorated by well-dispersed catalyst NPs exhibited superior $H_2S$ gas response ($R_{air}/R_{gas}$ = 46 at 5 ppm) in high humidity environment (95 %RH). In particular, the sensors showed outstanding $H_2S$ selectivity against other interfering analytes (such as acetone, toluene, CO, $H_2$, ethanol). Exhaled breath sensors using $Cr_2O_3$ and $Co_3O_4$ catalysts-loaded $WO_3$ NFs are highly promising for the accurate detection of halitosis.
Nickel was used as a catalyst for the hydrogen electrode in alkaline fuel cell. The optimum electrolyte concentration and recommendable operating temperature identified from polarization curves were 6N KOH and $80^{\circ}C$, respectively. Comparing the conductivity, apparent porosity and current density at porous hydrogen electrode manufactured with various PTFE additions, the proper content of PTFE was 10wt%. Chemisorption was carried out to define the appropriate surface area. The electrode produced with 10wt% of PTFE and sintered at $340^{\circ}C$ showed more than $200mA/cm^2$ of current density. The morphology of electrode surface was investigated with SEM. Cold pressing, hot pressing, rolling and calendering methods were carried out for manufacturing the electrode, and electrochemical characteristics for each method was studied.
A $ZnO/TiO_2$ photocatalyst decorated with PbS quantum dots (QDs) was synthesized to achieve high photocatalytic efficiency for the decomposition of dye in aqueous media. A $TiO_2$ porous layer, as a precursor photocatalyst, was fabricated using micro-arc oxidation, and exhibited irregular porous cells with anatase and rutile crystalline structures. Then, a ZnO-deposited $TiO_2$ catalyst was fabricated using a zinc acetate solution, and PbS QDs were uniformly deposited on the surface of the $ZnO/TiO_2$ photocatalyst using the successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) technique. For the PbS $QDs/ZnO/TiO_2$ photocatalyst, ZnO and PbS nanoparticles are uniformly precipitated on the $TiO_2$ surface. However, the diameters of the PbS particles were very fine, and their shape and distribution were relatively more homogeneous compared to the ZnO particles on the $TiO_2$ surface. The PbS QDs on the $TiO_2$ surface can induce changes in band gap energy due to the quantum confinement effect. The effective band gap of the PbS QDs was calculated to be 1.43 eV. To evaluate their photocatalytic properties, Aniline blue decomposition tests were performed. The presence of ZnO and PbS nanoparticles on the $TiO_2$ catalysts enhanced photoactivity by improving the absorption of visible light. The PbS $QDs/ZnO/TiO_2$ heterojunction photocatalyst showed a higher Aniline blue decomposition rate and photocatalytic activity, due to the quantum size effect of the PbS nanoparticles, and the more efficient transport of charge carriers.
Choi, Seong Dae;Jeon, Sang Kwon;Park, Geun Woo;Yang, Jin Young;Kim, Geon-Joong
Applied Chemistry for Engineering
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v.25
no.5
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pp.503-509
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2014
The carbon/porous silica composite membrane was fabricated in a simple manner, which could be successfully for the simultaneous separation and production of chiral epoxides and 1,2-diols, based on their differences in hydrophilic/hydrophobic natures. The chiral Co(III)-$BF_3$ salen catalyst adopted in the membrane reactor system has given the very high enantioselectivity and recyclability in hydrolysis of terminal epoxides such as ECH, 1,2-EB, and SO. The optically pure epoxide and the chiral catalyst were collected in the organic phase after hydrolysis reaction. The hydrophilic water-soluble 1,2-diol product hydrolyzed by chiral salen diffused into the aqueous phase through the SBA-16 or NaY/SBA-16 silica composite layer during the reaction. The water acted simultaneously as a reactant and a solvent in the membrane system. One optical isomer was obtained with high purity and yield, and furthermore the catalysts could be recycled without observable loss in their activity in the continuous flow-type membrane reactor.
A variety of solid bases such as inorganic bases, basic anion exchange resins, and resin-bound bases were tested as a catalyst for racemization of (S)-naproxen 2,2,2-trifluoroethyl thioester in isooctane at 45$^{\circ}C$. Among the various bases, DIAIOM WA30, which is a weakly basic anion exchange resin with a tertiary amine based on a highly porous type styrene-divinylbenzene copolymer, showed the highest catalytic activity. The second-order interconversion constant of DIAION WA30 was 8.6${\times}$10$\^$-4/ mM$\^$-1/h$\^$-1/ and about 3 times higher than that of trioctylamine under the same conditions. The rate of DIAION WA30-catalyzed racemization decreased with increasing an amount of water added to the reaction medium. Lipase-catalyzed kinetic resolution of racemic naproxen 2,2,2-trifluoroethyl thioester was successfully carried out under in situ racemization of substrate with DIAION WA30 in isooctane at 45$^{\circ}C$. More than 60% conversion and 99% enantiomeric excess for the desired (S)-naproxen product were obtained. Furthermore, such a solid base catalyst could be easily separated and reused in contrast to trioctylamine.
Je Hong Park;Si Beom Yu;Seungwon Jeong;Byeong Jun Kim;Kang Min Kim;Jeong Ho Ryu
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.33
no.5
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pp.196-201
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2023
In order to improve the efficiency of the water splitting system for hydrogen energy production, the high overvoltage in the electrochemical reaction caused by the catalyst in the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) must be reduced. Among them, transition metal-based compounds (hydroxide, sulfide, etc.) are attracting attention as catalyst materials to replace currently used precious metals such as platinum. In this study, Ni foam, an inexpensive metal porous material, was used as a support and β-Ni(OH)2 microcrystals were synthesized through a hydrothermal synthesis process. In addition, changes in the crystal morphology, crystal structure, and water splitting characteristics of β-Ni(OH)2 microcrystals synthesized by doping Fe to improve electrochemical properties were observed, and applicability as a catalyst in a commercial water electrolysis system was examined.
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