• Applied Science and Convergence Technology
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• 제27권5호
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• pp.105-108
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• 2018

Transparent $TiO_2$ nanotube arrays are successfully prepared by a two-step approach involving electrochemical anodization and RF magnetron sputtering. First, a Ti film is deposited on an FTO substrate by RF magnetron sputtering at room temperature. The morphologies of the Ti film are controlled by the working distance, Ar flow, and DC power. Second, an anodization treatment is electrochemically performed for the formation of nanotube arrays from the deposited Ti film, followed by post-annealing treatment in air for the formation of $TiO_2$ crystallization. The back side of the crystallized $TiO_2$ nanotube arrays is illuminated with solar light to characterize the photoelectrochemical reaction, and their photoelectrochemical properties are investigated. This work provides information on application of a thin film deposited by RF sputtering in the field of photoelectrochemical water splitting.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권6호
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• pp.507-515
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• 2015

HI decomposition reaction requires a catalyst for the efficient production of hydrogen as a key reaction for hydrogen production in sulfur-iodine thermochemical water-splitting (SI) cycle. As a catalyst used in the reaction, the performance of platinum catalyst is excellent. While, the platinum catalyst is not economical. Therefore, studies of a nickel catalyst that could replace platinum have been carried out. In this study, the characteristics of the catalytic HI decomposition on the amount of loaded nickel (Ni = 0.1, 0.5, 1, 3, 5, 10 wt%) were investigated. As the supported Ni amount increased up to 3 wt%, HI decomposition was found to increase in linear proportion. However, the conversion of $Ni/Al_2O_3$ catalyst loaded above 3 wt% was not linear. It was thought that the different HI decomposition characteristics was caused in the size and metal dispersion of Ni particles of catalyst. The physical property of catalyst before and after HI decomposition reaction was characterized by BET, chemisorption, XRD and SEM analysis.

• 공업화학
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• 제26권3호
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• pp.306-310
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• 2015

본 연구에서는 광 전기화학적 물 분해 전극 재료로 이용되는 산화철($Fe_2O_3$, hematite)을 표면적을 크게 하기 위하여 DC 열플라즈마 장치를 이용하여 나노입자로 합성한 후 전극을 제조 시 binder의 종류 및 조성을 다르게 하여 염기성 전해질에서 각각의 물 분해 효율을 측정하는 실험을 진행하였으며 질소 도핑을 통해 질소가 산화철의 광전기화학 반응에 끼치는 영향을 확인하였다. 산화철 전극을 제조하여 solar simulator를 이용한 LSV 실험을 통해 각 전극의 onset potential 및 설정한 전압 범위에서의 최대 전류밀도를 측정하였으며, 전극의 내구성 평가를 위하여 LSV 실험을 반복하여 진행하였다. CMC (carboxymethyl cellulose)를 50 : 1의 비율로 섞어 binder로 이용한 산화철 전극이 가장 높은 전류밀도인 $12mA/cm^2$의 전류밀도를 나타내었고, CMC를 20 : 1 비율로 섞은 binder를 이용할 시 $3mA/cm^2$의 초기 전류밀도를 가지고 약 20회의 반복 실험을 견뎌내는 내구성을 나타내었다. 질소의 도핑이 산화철 나노입자의 광 전기 화학적 반응에 끼치는 영향은 미미한 것으로 확인되었다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제8권4호
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• pp.265-273
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• 2017

Solid-state alkaline water electrolysis is a promising method for producing hydrogen using renewable energy sources such as wind and solar power. Despite active investigations of component development for anion exchange membrane water electrolysis (AEMWE), understanding of the device performance remains insufficient for the commercialization of AEMWE. The study of assembled AEMWE devices is essential to validate the activity and stability of developed catalysts and electrolyte membranes, as well as the dependence of the performance on the device operating conditions. Herein, we review the development of catalysts and membranes reported by different AEMWE companies such as ACTA S.p.A. and Proton OnSite and device operating conditions that significantly affect the AEMWE performance. For example, $CuCoO_x$ and $LiCoO_2$ have been studied as oxygen evolution catalysts by Acta S.p.A and Proton OnSite, respectively. Anion exchange membranes based on polyethylene and polysulfone are also investigated for use as electrolyte membranes in AEMWE devices. In addition, operation factors, including temperature, electrolyte concentration and acidity, and solution feed methods, are reviewed in terms of their influence on the AEMWE performance. The reaction rate of water splitting generally increases with increase in operating temperature because of the facilitated kinetics and higher ion conductivity. The effect of solution feeding configuration on the AEMWE performance is explained, with a brief discussion on current AEMWE performance and device durability.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제23권4호
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• pp.113-117
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• 2016

수소를 생산하는 방법 중 하나로, 광전기화학적(photoelectrochemical; PEC) 물 분해 시스템은 높은 이론적 효율을 가진 친환경적이고 경제적인 방법이다. 광전극으로서 질화갈륨(gallium nitride; GaN)은 내화학성이 좋고 밴드갭이 물의 산화환원준위($V_{redox}=1.23$ V vs. SHE)를 포함하여 외부 전압 없이 수소를 생산할 수 있는 시스템을 구축할 수 있다. 그러나 이때 발생하는 높은 산소 발생 과전압은 시스템의 반응 효율을 저하시킨다. 산소 발생 과전압을 줄이기 위한 방법으로 광전극에 조촉매를 이용하는 방법이 많이 알려져 있다. 본 연구에서는 GaN 광전극에 입자 형태의 이산화망간(manganese dioxide; $MnO_2$)을 조촉매로 도입하여 PEC 시스템의 특성을 분석하고자 한다. $MnO_2$가 광전극에 잘 형성되었는지를 확인하기 위하여 표면분석을 수행하였고, potentiostat(PARSTAT4000)을 이용해 PEC 특성을 분석해 평가하였다. $MnO_2$가 코팅됨에 따라 flat-band potential($V_{fb}$)과 onset voltage($V_{onset}$)가 각각 음의 방향으로 0.195 V, 0.116 V 이동하는 것이 확인되었다. 광전류밀도 값에 대해서도 $MnO_2$ 코팅 샘플이 더 높게 나타나며, 시간에 따른 광전류의 저하도 개선되었다. 이로부터 $MnO_2$이 조촉매로서 효과가 있음을 확인하였고, PEC 시스템 전반에 걸쳐 효율 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국분말야금학회:학술대회논문집
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• 한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part2
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• pp.926-927
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• 2006

[ $Sr_2Ta_2O_7$ ], a layered perovskite compound, has been reported to possess most excellent photocatalytic properties among the layered perovskite materials. Recently, we have demonstrated that $Ba_5Ta_4O_{15}$ that was prepared under a mol ratio of Ba: Ta=1:1 has high photocatalytic performance as well as $Sr_2Ta_2O_7$. In this study, the photocatalyst samples with a mol ratio of Sr: Ba: Ta = (1-x): x: 1 were prepared. The maximum photocatalytic performance was obtained for x= 0.2, which is three times as high as that of undoped $Sr_2Ta_2O_7$.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제34권8호
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• pp.2271-2275
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• 2013

We report on the photoelectrochemical properties of partially reduced mesoporous titania thin films. The fabrication is achieved by synthesizing mesoporous titania thin films through the self-assembly of a titania precursor and a block copolymer, followed by aging and calcination, and heat-treatment under a $H_2$ (1 torr) environment. Depending on the temperature used for the reaction with $H_2$, the degree of the reduction (generation of oxygen vacancies) of the titania is controlled. The oxygen vacancies induce visible light absorption, and decrease of resistance while the mesoporosity is practically unaltered. The photoelectrochemical activity data on these films, by measuring their photocurrent-potential behavior in 1 M NaOH electrolyte under AM 1.5G 100 mW $cm^{-2}$ illumination, show that the three effects of the oxygen vacancies contribute to the enhancement of the photoelectrochemical properties of the mesoporous titania thin films. The results show that these oxygen deficient $TiO_2$ mesoporous thin films hold great promise for a solar hydrogen generation. Suggestions for the materials design for improved photoelectrochemical properties are made.

• 한국재료학회지
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• 제31권2호
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• pp.92-96
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• 2021

We report the growth and enhanced photoelectrochemcial (PEC) water-splitting reactivity of few-layer MoS2 nanosheets on TiO2 nanowires. TiO2 nanowires with lengths of ~1.5 ~ 2.0 ㎛ and widths of ~50~300 nm are synthesized on fluorine-doped tin oxide substrates at 180 ℃ using hydrothermal methods with Ti(C4H9O)4. Few-layer MoS2 nanosheets with heights of ~250 ~ 300 nm are vertically grown on TiO2 nanowires at a moderate growth temperature of 300 ℃ using metalorganic chemical vapor deposition. The MoS2 nanosheets on TiO2 nanowires exhibit typical Raman and ultraviolet-visible light absorption spectra corresponding to few-layer thick MoS2. The PEC performance of the MoS2 nanosheet/TiO2 nanowire heterostructure is superior to that of bare TiO2 nanowires. MoS2/TiO2 heterostructure shows three times higher photocurrent than that of bare TiO2 nanowires at 0.6 V. The enhanced PEC photocurrent is attributed to improved light absorption of MoS2 nanosheets and efficient charge separation through the heterojunction. The photoelectrode of the MoS2/TiO2 heterostructure is stably sustained during on-off switching PEC cycle.

• 에너지공학
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• 제15권2호
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• pp.107-117
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• 2006

물을 분해하여 수소를 만드는 방법으로서 열화학싸이클을 이용한 방법에 대하여 그동안의 연구 동향에 대하여 살펴보았다. 수소생산이란 관점에서 열화학싸이클이 갖는 장점은 일정한 고온의 열을 얻을 수 있다면, 반응속도의 향상과 아울러 대용량화가 가능하다는 점이다. 안정한 물을 분해하려면 물의 산화/환원이 용이한 매개체를 써서 수소 및 산소를 발생하게 하고 순환시키게 되는데, 매개체가 유독성 물질이라면 이 과정에서 누출이 되지 않도록 하여야 한다. 아직 상용화단계에는 미치지 못하였지만, 일본, 스위스, 이스라엘, 미국, 한국 등에서 집중적으로 연구되고 있는 내용은 IS 싸이클과 ZnO/Zn, $Fe_3O_4/FeO$등과 같은 금속산화물계를 이용한 싸이클들이며, 고온용 및 내부식성 소재와 시스템 분야에서 아직 해결해야할 점이 많다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.113-121
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• 2019

본 연구에서는 시멘트 복합재료와 직접 혼합 가능한 자기치유 마이크로 캡슐을 제조하였으며, 자기치유 마이크로 캡슐이 혼합된 시멘트 복합재료의 품질 및 균열 치유 성능 특성을 평가하였다. 종래의 경우 자기치유 캡슐 제조와 균열 치유 특성 평가에만 치중되어 평가되어 왔다. 따라서 자기치유 마이크로 캡슐은 시멘트 복합재료와 혼합시 시멘트 복합재료의 품질에 미치는 영향이 있기 때문에 이에 대한 검토를 수행하였다. 자기치유 마이크로 캡슐을 혼합한 시멘트 복합재료의 테이블 플로우 및 공기량 평가 결과 혼합율에 관계없이 테이블 플로우 및 공기량은 큰 영향이 없는 것으로 나타났다. 압축강도 및 쪼갬인장강도는 캡슐 혼합율이 증가할수록 강도가 감소하는 경향이 나타났다. Water Flow에 따른 균열 치유 특성 평가 결과 초기 투수량이 감소하는 결과가 나타났으며, 시간 경과에 따라 반응 생성물 발생하여 균열이 치유되는 것을 확인 할 수 있었다.