Noh, Yunyoung;Yu, Byungkwan;Yoo, Kicheon;Ko, Min Jae;Song, Ohsung
Korean Journal of Metals and Materials
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v.50
no.3
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pp.243-247
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2012
A ruthenium (Ru) catalytic layer and a conventional Pt layer were assessed as counter electrodes (CE) for dye sensitized solar cells (DSSCs). Ru films with different thicknesses of 34, 46, and 90 nm were deposited by atomic layer deposition (ALD). Pt layers with the same thicknesses were prepared by sputtering. $0.45cm^2$ DSSCs were prepared and their properties were characterized by FE-SEM, cyclic voltammetry (CV), impedance spectroscopy (EIS), and current-voltage (I-V). FE-SEM revealed that the crystallized Ru films and Pt films had been deposited quite conformally. CV showed that the catalytic activity of Pt was much greater than that of Ru. In addition, although the catalytic activity of Pt did not depend on the thickness, that of Ru showed an increase with increasing thickness. Impedance analysis revealed high charge transfer resistance at the Ru interface and a decrease with increasing Ru thickness, whereas Pt showed low resistance with no thickness dependence. Despite the relatively small catalytic activity of Ru, the I-V result revealed the average energy conversion efficiency of Ru and Pt to be 2.98% and 6.57%, respectively. These results suggest that Ru can be used as counter electrodes in DSSCs due to its extremely low temperature process compatibility.
Kim, Sun-Mi;Qadir, Kamran;Jin, Sook-Young;Jung, Kyeong-Min;Reddy, A. Satyanarayana;Joo, Sang-Hoon;Park, Jeong-Young
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2010.08a
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pp.304-304
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2010
The study on the catalytic oxidation of carbon monoxide (CO) to carbon dioxide ($CO_2$) using the noble metals has long been the interest subject and the recent progress in nanoscience provides the opportunity to develop new model systems of catalysts in this field. Of the noble metal catalysts, we selected ruthenium (Ru) as metal catalyst due to its unusual catalytic behavior. The size of colloid Ru NPs was controlled by the concentration of Ru precursor and the final reduction temperatures. For catalytic activity of CO oxidation, it was found that the trend is dependent on the size of Ru NPs. In order to explain this trend, the surface oxide layer surrounding the metal core has been suggested as the catalytically active species through several studies. In this poster, we show the influence of surface oxide on Ru NPs on the catalytic activity of CO oxidation using chemical treatments including oxidation, reduction and UV-Ozone surface treatment. The changes occurring to UV-Ozone surface treatment will be characterized with XPS and SEM. The catalytic activity before and after the chemical modification were measured. We discuss the trend of catalytic activity in light of the formation of core-shell type oxide on nanoparticles surfaces.
In this study, kinetics data was obtained for steam reforming reaction of ethane over the commercial ruthenium catalyst. The variables of ethane steam reforming were the reaction temperature, partial pressure of ethane, and steam/ethane mole ratio. Parameters for the power rate law kinetic model and the Langmuir-Hinshelwood model were obtained from the kinetic data. Also, sizing of steam reforming reactor was performed by using PRO/II simulator. The reactor size calculated by the power rate law kinetic model was bigger than that of using the Langmuir-Hinshelwood model for the same conversion of ethane. Reactor size calculated by the Langmuir-Hinshelwood model seems to be more suitable for the reactor design because the Langmuir-Hinshelwood model was more consistent with the experimental results.
The prohibitively high cost of Pt catalyst might be the biggest barrier for the commercialization of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) of which wide application is expected. Worldwide research efforts for the development of alternative to Pt oxygen reduction reaction (ORR) catalyst are made recently. One of the important considerations in the catalyst development is durability issue as well as economic aspect. From this point of view, platinum group metals (PGM) except Pt can be a candidate for replacing Pt catalyst because the material properties and the catalytic activity of PGM are expected to be similar to Pt. In contrast to Ir, Rh and Os to which not so much attention has been paid as an ORR catalyst, Pd that is most similar to Pt in terms of material properties and catalytic activity and Ru that is in the form of chalcogenide have been studied intensively. Activity comparison between non-Pt and Pt oxygen reduction catalysts by half cell test using RDE (rotating disk electrode) or PEMFC MEA (membrane electrode assembly) operation indicates that Pd-based catalysts show the most similar activity to Pt. In this paper we analyze the composition of PGM ORR catalyst in literature to promote the development of non-Pt ORR catalyst.
As a result of the recent social transformation towards a hydrogen economy and carbon-neutrality, the demands for hydrogen energy have been increasing rapidly worldwide. As such, eco-friendly hydrogen production technologies that do not produce carbon dioxide (CO2) emissions are being focused on. Among them, ammonia (NH3) is an economical hydrogen carrier that can easily produce hydrogen (H2). In this study, Ru/Al2O3 catalyst coated onmetallic monolith for hydrogen production from ammonia was prepared by a dip-coating method using a catalyst slurry mixture composed of Ru/Al2O3 catalyst, inorganic binder (alumina sol) and organic binder (methyl cellulose). At the optimized 1:1:0.1 weight ratio of catalyst/inorganic binder/organic binder, the amount of catalyst coated on the metallic monolith after one cycle coating was about 61.6 g L-1. The uniform thickness (about 42 ㎛) and crystal structure of the catalyst coated on the metallic monolith surface were confirmed through scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis. Also, a numerical optimization regression equation for NH3 conversion according to the independent variables of reaction temperature (400-600 ℃) and gas hourly space velocity (1,000-5,000 h-1) was calculated by response surface methodology (RSM). This model indicated a determination coefficient (R2) of 0.991 and had statistically significant predictors. This regression model could contribute to the commercial process design of hydrogen production by ammonia decomposition.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.26
no.6
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pp.269-274
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2014
The experimental performance evaluation of a cylindrical steam reformer with various thermal conditions has been conducted. The bottom space of the cylindrical reactor was packed with Ruthenium (Ru) catalyst. A three-segment furnace was installed to create the axially variable boundary temperature distribution. Six K-type thermocouples were inserted into the catalyst layer, and three exhaust ports were fabricated on the side wall along the flow direction. The exhausted gases at each port were analyzed by using gas chromatograph (GC) system. The experimental results showed that the reforming reaction occurs intensively in the upstream region and more hydrogen is obtained when the intake gas is sufficiently heated up through the enhanced steam reforming (SR) reaction. The axially increasing boundary temperature setup provided the maximally accumulated reforming efficiency of 74.8%, when the reactor was placed at the 3rd section of the furnace.
In this paper, we carried out separation of membrane and leaching of Pt and Ru using hydrochloric acid from MEA(membrane-electrode assembly) of fuel cell. In this method, these were separated from MEA of fuel cell using the distilled water, 10 vol.% butanol solution and 15 vol.% cationic surfactant(Koremul-LN-7) by dipping method without the dispersion of catalyst particles. And the leaching of Pt and Ru containing in the separated carbon paper catalysts has been studied by hydrochloric acid using $HNO_3$ or $H_2O_2$ as a oxidant. The leaching ratio of Pt and Ru were higher when $H_2O_2$ was used as a oxidant and the optimum conditions were obtained in 8M HCl, the amount of $H_2O_2$ 5M and 6 hours of leaching time at $90^{\circ}C$. In this condition, extraction of Pt and Ru were 98% and 71.5%, respectively.
Kim, Sang-Kyung;Hyun, Min-Soo;Lee, Byung-Rok;Jung, Doo-Hwan;Peck, Dong-Hyun;Lim, Seong-Yop
Korean Chemical Engineering Research
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v.49
no.6
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pp.775-780
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2011
5-cell DMFC stack was fabricated and operated with the load of 4 A for 4000 hrs. After 4000 hrs operation peak power density of the stack reduced by 27.3%. Two of the five cells did now show performance degradation, the performance of other two was reduced by 40% and the performance of the other decreased by 60%. The amount of performance degradation of each cell by long-term operation did not correlate with the position in the stack. Platinum particle size in the anode catalyst layer of the MEA with the strongest degradation increased and the increase was severer on the position of methanol inlet than on the position of methanol outlet. However, platinum particle size in the cathode catalyst layers did not changed for all the MEA'. Ruthenium crossover from the anode catalyst layer to the cathode catalyst layer through the membrane was observed after 4,000 hrs operation by SEM-EDX and it occurred for all MEA' regardless of the degree of performance degradation. Atomic ratio of ruthenium to platinum in the cathode catalyst layer was the highest in the MEA with the strongest performance degradation.
In this study, a method of self-assembly of peptides based on irreversible covalent bonds was studied by mimicking a biological covalent bond, dityrosine bond. A tyrosine-rich short peptide monomer having the sequence of Tyr-Tyr-Leu-Tyr-Tyr (YYLYY) was selected to achieve a high-density of dityrosine bond. The peptide nanoparticles covalently self-assembled with dityrosine bonds were synthesized by one-step photo-crosslinking of a peptide using a ruthenium catalyst under visible light. The effect of the concentration of each component for the size of the peptide nanoparticle was studied using dynamic light scattering, UV-Vis spectroscopy, and transmission electron microscopy. As a result, the synthesis conditions for size of the peptide nanoparticles ranging from 130 nm to 350 nm were optimized.
Alloying degree is an important structural factor of PtRu catalysts for direct methanol fuel cells (DMFC). In this work, carbon supported PtRu catalysts were synthesized by reduction method using anhydrous ethanol as a solvent and $NaBH_4$ as a reducing agent. Using anhydrous ethanol as a solvent resulted in high alloying degree and good dispersion. The morphological structure and crystallanity of synthesized catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), high resolution transmission electron microscope (HR-TEM). CO stripping and methanol oxidation reaction were measured. Due to high alloying degree catalyst prepared in anhydrous ethanol, exhibited low onset potential for methanol oxidation and negative peak shift of CO oxidation than commercial sample. Consequently, samples, applying ethanol as a solvent, exhibited not only enhanced CO oxidation, but also increased methanol oxidation reaction (MOR) activity compared with commercial PtRu/C (40 wt%, E-tek) and 40 wt% PtRu/C prepared in water solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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