[국내 학위논문]

국 문 요 약 고분자 전해질 막을 이용한 수전해(PEMEC)는 고체 고분자 전해질(PEM)과 촉매의 접합체를 이용하여 순수로 부터 전기분해에 의해 수소를 제조하는 장치이다. 이 장치는 기존의 알칼리 수전해보다 효율이 높고, 고순도의 수소를 제조할 수 있으며, 소형화, 경제성 및 안정성이 높은 친환경 시스템이다. 본 연구에서는 비평형 함침 환원법(nonequilibrium impregnation-reduction, nonequil. I-R method)으로 Nafion 117과 본 연구실에서 자체 제작한 공유가교 CL-SPEEK/TPA30 막을 이용하여 수소극(cathode)촉매는 5 mM의 Pt(NH3)4Cl2 Pt 양이온 시약을 함침시킨 후 환원제의 농도를 변화시켜 Pt 음전극을 제조하였으며, 산소극(anode)촉매로는 5 mM의 Pt(NH3)4Cl2 시약을 침투시킨후 RuCl3 Ru 화합물을 시간과 농도를 변화시켜 함침 시킨 후 NaBH4로 환원하여 Pt-Ru 양전극을 제조하였다. MEA의 형태학적 분석 결과, Pt 음전극에서 막 표면에 Pt 층이 고르게 분포되었으며 환원제의 농도가 증가할수록 Pt 층의 두께가 증가 하였다. Pt-Ru 양전극은 Ru의 함침시간이 40분일 때 비평형 함침환원법의 특성을 잘 나타내었고 Ru의 농도가 증가할수록 Pt의 함량은 줄어드는 반면 Ru의 함량은 증가하였다. CV 및 XRD 분석을 통해 Nafion 117에 함침된 Pt 음전극을 분석한 결과 환원제의 농도가 증가할수록 높은 활성면적을 보였으며 NaBH4의 농도가 0.8 M일 때 전기화학적 활성면적(ESA) 22.48 m2/g 및 비표면적(SSA) 21.85 m2/g으로 신빙성을 갖는 높은 활성면적을 보였으며, 동일한 조건에서 tunstophosphoric acid(TPA) 30 wt.%를 첨가하여 공유가교 시킨 CL-SPEEK/TPA30 막에서 ESA 23.46 m2/g으로 Nafion 117보다 좋은 특성을 나타내었다. Pt-Ru 양전극에서는 Ru의 농도가 증가할수록 수소 흡착/탈착 영역과 산소환원전위의 감소를 확인하였으며 Ru의 농도가 10 mM일 때 산소극 촉매로써 적합함을 확인하였다. Pt-Ru 양전극에서는 Pt와 Ru이 합금되었음을 확인하였으며 Ru의 농도가 증가할수록 Pt-Ru 합금촉매의 입자크기가 감소하였으며 이에 따라 활성면적은 증가하여 Ru의 농도가 10 mM일 때 SSA 34.09 m2/g로 우수한 특성을 나타내었다. 수전해시 전압효율을 평가하기 위해 조전압을 측정한 결과 Ru의 농도가 증가할수록 조전압이 낮아 졌으며, 촉매 사용량을 고려 할 때 RuCl3의 농도 10 mM 및 전류밀도 1 A/cm2에서 조전압 1.75 V, 전압효율 84.6 %로 우수한 특성을 나타냈으며, CL-SPEEK/TPA30 막에 위의 조건을 적용한 결과 조전압 1.73 V, 전압효율 85.5 %로 수전해 셀에서 Nafion 117을 대체할 수 있음을 확인하였다.

[국내 학위논문]

Pt/C catalyst is now widely used for electrode of polymer electrolyte membrane fuel cell(PEMFC). Nano-sized Pt particles impregnated on conductive carbon supports provide larger catalytic surfaces and highly porous structures. However, its use is limited when carbons meet water vapor at high voltages in unitized regenerative fuel cell and reformed hydrogen fuel containing CO(Carbon monoxide) gas is used. Carbon corrodes and deteriorates performance of hydrogen generation from water vapor. Pt is poisoned by CO gas and lose its function as a catalyst of hydrogen oxidation. Therefore, in this study, new support materials of Pt catalyst have been investigated to overcome the weakness of carbon support. Titanium sub-oxides (Magneli phases) and La^(3+) substituted cerate have been suggested as a functional support. In chapter 1, firstly single cell operating conditions and cell constituents have been optimized for the following test. Cell temperature, pressure, gas flow rate and temperature of humidifier was set up as 80℃, 2atm, 100sccm : 200sccm(H_(2):O_(2)) and 90℃ : 85℃(H_(2):O_(2)). Nafion 115, 1035 membrane, Nafion ionomer and teflon coated carbon paper was selected for the cell constituents. Membrane/Electrode assembly was fabricated by hot pressing at 130℃, 90atm, for 1 minutes. Composition of Nafion ionomer and Pt loadings in electrode was important for the improvement of cell performance which was correlated with the area of tri-phase active surfaces. The cell performance is known to be affected not only by composition of electrode but also by its structure. The structure of catalyst can be controlled by fabrication process and improved by cell activation procedure. Although many kinds of coating method have been applied to the fabrication process of catalytic layer such as hand brushing, screen printing, rolling and spraying, screen printing becomes one of the most popular methods due to its convenience and adaptability, However, there are two things to be focused on in the screen printing. The first is swelling problem of membrane. In the conventional screen printing, Nafion membrane must be temporally changed to Na^(+) form to avoid swelling trouble during the hot press decal transferring. Na^(+) formed Nafion membrane is stable at the temperature range from 150℃ to 160℃ during the hot pressing. Also in the previous direct screen printing, the slurry was also applied to membrane in Na^(+) form or tetra-butyl ammonium form to stabilize the catalytic layer. Anyhow both processes are still subject to being complicated yet. The second is organic solvent like glycerin which is essential for the coating property but assumed to deteriorate the activity in electrode. Usually organic solvent used for the screen printing is required to be highly viscous, so it can not be easily removed due to its elevating boiling temperature. Therefore, improved screen printing method which is rather simple without additive stabilization of catalytic layer steps but suppress the swelling trouble has been presented. And cell activation and its performance has been investigated by focusing on the glycerin. Two kinds of simplified screen printing methods have been suggested which are with or without gasket unified. The unified method revealed better performance especially at high current area due to blocking the gas leak during the operation which induce mass transport polarization. Anyhow both methods were competent to the previous methods in spite of eliminating the membrane treatment process to Na^(+) form. These methods provide simplified and faster fabrication chances. I-V and C-V characteristics indicated that glycerin tends to degrade activity of catalysts obstructing gas flow and ionic conduction and retards activation time linearly with increase of glycerin. However, minimum addition was necessary for the better coating of catalytic layer. Futhermore Pt loading can be controlled by varying glycerin addition. Optimized condition of glycerin for cell performance was 1:1 about 5% Nafion solution. From the TG and viscosity experiments, it could be conjectured that glycerin gradually escapes from the electrode during the cell activation rather than simply evaporates. Pt/C catalysts were made from two kinds of chemical method. Conventional sulfito complex route and direct reduction route were taken. Nano-sized Pt particles under 2nm could be impregnated on carbon support from direct reduction route, while some Pt clusters were impregnated from sulfito complex route. Speed of stirring precursors and dropping reduction agent were key processes for the impregnation of nano-sized Pt particles. Cell performances were measured using the Pt/C catalysts made from two kinds of catalysts and commercial one. Compared with commercial Pt/C(E-tek), cell performance was better due to larger surface area, although Pt composition in Pt/C made from direct reduction route was lower. In chapter 2, firstly titanium sub-oxides (Magneli phases) and La^(3+) substituted cerate were synthesized. Magneli phase are a sub-stoichiometric composition of titanium oxides as the general formula Ti_(n)O_(2n-1) (10≥n≥4) which have higher electrical conductivity but more resistive in corrosion. They are identifiable compounds and not simply doped titania or casual mixture of TiO_(x) (x＜2). They were produced from high temperature over 1050℃, reducing titania in a hydrogen atmosphere. La^(3+) substituted cerate are nonstoichiometric oxide with a lot of oxygen vacancies maintaing its fluorite structure. Due to a number of defects, oxygen in the surface or bulk can be evolved and stored more easily. Using the prepared metal oxide supports, Pt/Magneli phase, Pt/Mn-Magneli phase, Pt/CeO_(2), Pt/La_(x)Ce_(1-x)O_(2-x/2), (Pt/C, La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85)) and Pt/(C,La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85)) catalysts have been fabricated. The size of Pt particles impregnated on metal oxide supports was small enough to make surface area of Pt over 60㎡/g. This value was about twice larger than that of Pt black, 31㎡/g. Pt/Magneli phase, Pt/Mn-Magneli phase are applied to the electrode of URFC(Unitized Regenerative Fuel Cell) for hydrogen regeneration without separate fuel supplier and Pt/CeO_(2), Pt/La_(x)Ce_(1-x)O_(2-x/2), (Pt/C, La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85)) and Pt/(C,La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85)) are applied to the electrode of PEMFC for enhancing the resistance of CO poisoning. The conductivity of Magneli phase and Mn-doped Magneli phase are measured. The conductivity of Mn-doped Magneli phase was higher than undoped Magneli phase and increased with doping level to 3%. For the Magneli phase, the Conductivity of 'Ebonex' Composition Which composed of Ti_(4)O_(7), Ti_(5)O_(9), Ti_(6)O_(11), Ti_(7)O_(13), Ti_(8)O_(16) was the highest. The hydrogen regeneration performance of Pt/Maneli phase was higher than that of Pt black due to large Pt surfaces, despite Pt loading of Pt/Magneli phase was an half of Pt black. However, the enhancement was not so big because pore volume in Pt/Magneli phase was very low. The composition of Nafion ionomer was optimized differently for Pt black and Pt/Magneli phase. In Fuel cell mode, the cell performance of each catalysts was increased as the follow sequence; Pt/Mn(3%)-Ti_(4)O_(7) ＜ Pt black ＜ Pt/Ebonex ＜ Pt/Mn(3%)-Ebonex. In electrolyzer mode, the sequence was Pt/C ＜ Pt black ＜ Pt/Ebonex ＜ Pt/Mn(3%)-Ti_(4)O_(7) ＜ Pt/Mn(3%)-Ebonex. Cell performance could be improved when supports of Pt were applied and Manganese was doped in Magneli phase. On the other hand, La^(3+) can be substituted in Ce^(4+) site until 30% composition. Over 40% substitution, La_(2)O_(3) phase precipitated and pyrochloric cation ordering between La^(3+) and Ce^(4+) showed up. Catalytic activity about CO preferential oxidation was measured for Pt/CeO_(2), Pt/La_(x)Ce_(1-x)O_(2-x/2) (0.1＜x＜0.3) catalysts. When La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85) are support are used, CO volume can be decreased to under 20ppm at 80℃ from the initial 8000ppm. More oxygen defects made the binding energy of oxygen weaker More oxygen evolved from the surface oxidated more CO adsorbates on Pt. Unfortunately, Pt/La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85) can not be applied directly to the electrode of PEMFC because of poor conductivity and porousity. So it should be used as hybrid type with Pt/C catalyst like (Pt/C, La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85)), Pt/(C, La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85)). When mixture gas(0.8% CO-H_(2)) was used in PEMFC, Pt/(C,La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85)) was more effective than (Pt/C,La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85)) for removing CO poison on Pt while the function of Pt/C was stopped. Pt/(C,La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85)) means the mixture support of carbon black and La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85) on which Pt particles were impregnated. (Pt/C,La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85)) means mixture of Pt/C and La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85). In each case 0.1 mole percent of La_(0.3)Ce_(0.7)O_(1.85) versus Pt was applied.

[국내 학위논문]

수소 에너지는 화석연료를 대체할 에너지원으로서 큰 각광을 받고 있다. 수소를 생산하기 위한 방법 중 고분자 전해질 막에 전극 촉매를 입혀 물의 전기분해방식으로 수소를 생산함에 있어 보다 좋은 효율을 보이는 촉매의 개발에 관하여 연구를 하였다. 고분자 전해질 막으로는 Nafion 117막을 이용하여 Pt(NH₃)₄Cl₂와 Pd(NH₃)₄Cl₂를 전구체로 하여 전극 촉매를 화학적 환원법을 통하여 palladium의 농도와 환원제(NaBH₄)의 양을 변화시켜 Pt/MEA/Pd MEA와 Pt/MEA/Pt-Pd MEA를 제조하였고, 각각을 SEM/EDX를 통하여 형태학적 특성을 분석하고 전류전압곡선(cyclic-voltammetry, CV)을 통하여 촉매의 전기화학적 활성면적과 입자크기를 측정하고, XRD를 통하여 비표면적(specific surface area, SSA), 구조, 결정성, 입자크기 등을 확인하며, 수전해 셀에 적용하여 물의 전기 분해 시의 조전압 특성을 하였다. Palladium전극 촉매는 cathode에 이용하였을 때 Platinum과 Palladium을 혼합으로 사용한 경우보다 더 좋은 성능을 나타냈다. 또한 환원제의 양이 너무 많이 들어가게 되어도 좋지 않은 성능을 나타내게 된다는 것을 확인할 수 있었다.

[국내 학위논문]

The FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) has already been recognized as the best-performing device used for multimedia products, for it has non-volatility, the fast read/write speed, and the compatibility with silicon process. However, it has been considered over the past few years that electrodes play a major role in determining the device properties and performance. In some cases, the effect of the electrode brings about modifications of the microstructure of the ferroelectric film. Moreover, the electrode directly controls the properties of ferroelectric capacitor. The ferroelectric layer must be annealed in oxygen atmosphere to form a ferroelectric crystallization after deposition. This directly limits the choice of electrodes, particularly those for the bottom electrodes. In this view, platinum (Pt) is one of the most promising candidates for the bottom electrodes of ferroelectric thin film. Nevertheless, the adhesion of platinum to substrates such as silicon-oxide (SiOx) is poor. Therefore, titanium (Ti) glue layer has typically been used. The Pt/Ti electrode stack deposited by the sputtering method tends to have a major instability problem, i.e., Pt hillock formation. Pt hillocks are a major concern because they can lead to short-circuit-failure of capacitor. It has been widely known that the hillock formation can release the compressive stress generated during both deposition and post-annealing. It is revealed by measuring stress-temperature curve that three factors are considered in the total stress generated during both deposition and post-annealing in Pt/Ti electrode stack: intrinsic stress, thermal stress and extrinsic stress. The height of Pt hillock is dependent on temperature and the thickness of Pt thin film by the analysis of high temperature XRD pattern and SEM image. Therefore, the main mass transport mechanism of pt hillock is expected to be grain boundary diffusion.(P chaudhari, 1969). The Pt thin film deposited by sputtering method has (111) preferred orientation but Pt hillock grains have (200) orientation. So TEM high resolution image confirm that Pt hillock termination plane is lowest surface energy (111) and growth plane is (200).

[국내논문]

By using angle resolved photoemission spectroscopy, we investigate the electronic structures of Pt-skin layer of Pt Co and Pt Ni alloys with CO molecules on the surface. Measured Fermi surface maps and band dispersions reflect the signatures of chemical bonding between Pt-skin layer and CO molecules. Furthermore, the degree of chemical bonding strength of CO molecules, estimated from the energy shift of the participating bands, is found to be reduced on both Pt bimetallic alloys. Our results show how the surface band structure of Pt bimetallic alloys is modified with molecular orbitals of CO molecules on the surface, revealing the important role of the electronic structure in the determination of chemical properties of bimetallic alloys.

[국내 학위논문]

폴리올 방법에 의해 나노크기의 Pt/C 와Pt-Co/C 전극촉매를 합성하였다. 이는 연료전지 적용에 있어 산소환원반응의 활성을 향상시키기 위해 연구되었다. XRD, TEM, EDS그리고 순환전위법으로 제조된 촉매의 특성을 분석하였다. 각 촉매의 산소환원반응에 대한 활성 실험은 Pt-Co/C 촉매의 활성이 Pt/C 촉매보다 더 큼을 보여주었다. Pt/C 와 Pt-Co/C 촉매는 서로 다른 전해질 온도 즉, 25, 45, 그리d고 65℃에서 산소환원반응의 활성에 대한 실험을 수행한 결과, 온도가 증가함에 따라 활성 또한 증가됨을 확인하였다. Pt-Co/C 전극촉매의 안정적인 효과는 가속된 안정성 실험에 의해 분석되었고, 그 결과 지속적으로 전위를 가해줄 때 Pt-Co/C 전극촉매의 활성이 감소되었다. 이는 Co가 강산에 의해 이온화되고 전해질속으로 용해되었기 때문으로 생각된다. 불안정한 촉매를 보호하기 위해 Pt-Co/C촉매에 Au를 첨가하여 Au/Pt-Co/C촉매를 제조하였고, 이 촉매는 산소환원에 대한 활성을 유지할 수 있었다.

[국내논문]

Pt 나노입자의 합성과 이를 이용한 hybrid Pt-$SiO_2$ 나노입자의 합성을 성공적으로 수행하였으며, self-assembled Pt nanoparticles monolayer를 charge trapping layer로 활용하는 metal-oxide-semiconductor(MOS) type memory의 한 예로 non-volatile memory(NVM)의 응용을 보임으로써 나노입자의 활용 가능성을 보이고, 또한, hybrid Pt-$SiO_2$ 나노입자 박막 층의 제어를 통한 MOS type memory device에의 보다 더 넓은 활용 가능성을 보이고자 하였다.

[국내논문]

The induced Pt magnetization in a Pt/Co/Pt thin film structure is studied. The normally nonmagnetic Pt acquires a magnetic moment due to the magnetic proximity effect at the Co Pt interfaces. Element specific Pt structural and magnetic properties are characterized by synchrotron-based resonant x-ray reflectivity and x-ray resonant magnetic reflectivity measurements. An advanced analysis method based on Bayesian inference is used for model fitting of the x-ray data. Using this method, we retrieve the best fit values of material parameters (e.g., thickness, interfacial roughness) from the data. Analysis of x-ray reflectivity data of this specific system shows that the Pt magnetization and Co Pt interfacial roughness is significantly different between the top and bottom Pt layers, with both values being larger in the top Pt. The successful application of this Bayesian method to study the magnetic and structural properties of a thin film system demonstrates its effectiveness for x-ray reflectivity data analysis.

[국내 학위논문]

기존의 반전구조를 가진 다층박막은 [Pt 0.2 nm/Co 0.5 nm] 의 구조를 가지고 있었다. 여기서 0.2 nm 의 Pt 층은 1 mono layer 라고 여기기에는 그 두께가 충분하지 않다. Pt 층이 조금 더 두꺼워 1 mono layer 가 된다면 Co 와 Pt 이 이루는 계면상태가 좀 더 좋아질 것이고 계면에서 유도되는 수직자기이방성의 크기도 증가할 것이라는 예측이 가능하다. 이를 확인하기 위해 Pt 층의 두께를 조금 증가시킨 [Pt 0.25 nm/Co 0.5 nm] 의 반전구조를 가진 다층박막에 대한 특성을 살펴보았다. 그 결과 기존의 반전구조를 가진 다층박막이 가지는 수직자기이방성보다 더 강한 수직자기이방성을 얻을 수 있었다. 또한 500°C 의 후속 열처리 후에도 강한 수직자기이방성을 유지하는 것을 확인하였다. 이는 Pt 층의 두께를 0.25 nm로 상승시켜 1 mono layer 에 더 가까운 두께를 사용한 것이 계면상태를 좋게 하여 수직자기이방성이 강해졌다고 해석할 수 있다. 다층박막에서 수직자기이방성의 크기가 계면상태에 의해 결정된다면, Pt (bottom)/Co 계면과 Co/Pt (top) 계면의 비교분석을 통해 계면상태에 대한 연구가 필요하다. 두 계면에 대한 연구는 주로 [Pt/Co/Pt] 삼층박막구조를 바탕으로 이루어졌으며, [Pt/Co/Pt] 삼층박막 구조의 수직자기이방성을 분석하여 Pt (bottom)/Co 계면과 Co/Pt (top) 계면의 비대칭성이 밝혀졌다. 하지만 수직자기이방성을 분석하는 방법이 아닌 다른 방법을 통해서도 계면의 비대칭성에 대해 분석하는 것도 가능할 것이다. 이번 연구에서 그 계면상태를 분석하기 위해 사용한 척도는 바로 magnetic dead layer (MDL) 이다. [Pt/Co/Pt] 삼층박막에서는 증착 과정 중 상단계면에서 발생하는 Pt 원자들의 침투 (in-terpenetration) 로 인해 MDL (magnetic dead layer) 이 형성될 것이다. 따라서 본 연구에서는 [Pt/Co/Pt] 삼층박막 구조에서, 상부 Pt 층의 두께와 Co 층의 두께, 그리고 열처리에 따른 MDL 의 변화를 통해 두 계면상태의 차이를 연구하였다. 추가적으로 포화자화 (saturation magnetization, Ms), 근접효과 (proximity effect) 와 같은 다른 자기적 성질의 변화에 대해서도 연구하였다. Co의 두께에 따라 달라지는 Ms 값을 분석한 결과, Co 층이 두꺼울 때는 해당 영역의 성질이 벌크 (bulk) 와 유사하며, 두께가 얇을 때는 벌크와 큰 차이를 보여 벌크가 아닌 합금 (alloy) 과 유사했다. 또한 열처리 전 후의 Ms 값과 자기모멘트 (m, magnetic moment) 의 변화를 통해, 열처리 과정 중에 역확산 (back diffusion or uphill diffusion)이 일어나 증착 과정에서 Co 층으로 침입했던 Pt 원자들이 Co 층의 밖으로 빠져나가는 현상이 발생함을 알았다. MDL 은 tPt 의 변화에 따라 크게 변할 것으로 예상했지만, 그 결과는 tPt의 변화에 영향을 받지 않았다. 이는 얇은 Pt 층 (0.25 nm) 위에 쌓이는 두꺼운 Ru 층 (3.0 nm) 이 증착되어, Ru 층의 침입으로 인해 MDL의 크기는 상부 Pt 층의 두께에 의존하지 않는 것으로 보인다. 추가적으로 Co의 두께가 얇은 샘플들에서는 근접효과 (proximity effect) 에 의한 자기모멘트의 증가도 확인할 수 있었다.

[국내논문]

- The (SrCa)TiO3(SCT) thin films are deposited on Pt-coated electrode (Pt/TiN/SiO2/Si) using RF sputtering method at various deposition temperature. The dielectric constant of SCT thin films were increased with the increase of deposition temperature, and changed almost linearly in temperature ranges of -80～＋90[℃]. Also, SCT thin films was observed the phenomena of dielectric relaxation with the increase of frequency, and the relaxation frequency was observed above 200[kHz]. V-I characteristics of SCT thin films show the increasing leakage current with the increases of deposition temperature. The conduction mechanism of the SCT thin films observed in the temperature range of 25～100[℃] can be divided into three characteristic regions with different mechanism by the increasing current. The region 1 below 0.8[MV/cm] shows the ohmic conduction. The region 2 can be explained by the Child's law, and the region 3 is dominated by the tunneling effect.

[국내 회의자료]

The SBN thin films are deposited on Pt-coated electrode(Pt/Ti/$SiO_2$/Si) using RF sputtering method at various deposition conditions. The capacitance of SBN thin films were increased with the increase of Ar/$O_2$ ratio and RF power, respectively. Also, The capacitance of SBN thin films were increased with the increase of deposition temperature.

[국내논문]

The membrane electrode assembly(MEA) was prepared by a nonequilibrium impregnation- reduction (I-R) method. Nafion 117 and covalently cross-linked sulfonated polyetherether with tungsto- phosphoric acid (CL-SPEEK/TPA30) prepared by our laboratory, were chosen as polymer electrolyte membrane(PEM). $Pt(NH_3)_4Cl_2$, $RuCl_3$ and reducing agent $(NaBH_4)$ were used as electrocatalytic materials. Electrochemical activity surface area(ESA) and specific surface area(SSA) of Pt cathodic electrode with Nafion 117 were $22.48m^2/g$ and $23.50m^2/g$ respectively under the condition of 0.8 M $NaBH_4$. But Pt electrode prepared by CL-SPEEK/TPA30 membrane exhibited higher ESA $23.46m^2/g$ than that of Nafion 117. In case of Pt-Ru anodic electrode, the higher concentration of Ru was, the lower potential of oxygen reduction and region of hydrogen desorption was, and Pt-Ru electrode using 10 mM $RuCl_3$ showed best properties of SSA $34.09m^2/g$ with Nafion 117. In water electrolysis performance, the cell voltage of Pt/PEM/Pt-Ru MEA with Nafion 117 showed cell property of 1.75 V at $1A/cm^2$ and $80{\circ}C$. On the same condition, the cell voltage with CL-SPEEK/TPA30 was the best of 1.73 V at $1A/cm^2$.

[국내 학위논문]

Toluene is a volatile organic compound (VOC) that causes serious damage to human health, as well as environmental problems. In this study, we synthesized Pt/Al₂O₃ catalysts for toluene removal. The Pt loading was 1 wt.%, and the Pt nanoparticles were prepared by the optimized modified polyol method. In addition, oxides of Ce or Mn were used as cocatalysts to improve the catalytic activity. The Ce was impregnated into commercial Al₂O₃, which has a high specific surface area, whereas MnO₂-Al₂O₃ was synthesized by coprecipitation using Al and Mn precursors. The removal of toluene was carried out in a Pyrex tube reactor with a continuous feed of 100 ppm toluene balanced with dry air, corresponding to a gas hourly space velocity of 60,000 mL/(g h).

[국내논문]

본 연구에서는 Pt/SrBi$_2$Ta$_2$O$_{9}$(SBT)/Si (MFS)와 Pt/SBT/Pt (MFM) 각각의 구조에서 수소 열처리에 의한 SBT박막의 물리, 전기적 영향에 대해 연구하였다. SBT 박막의 미세구조 및 전기적 특성은 수소 열처리 후에 SBT 박막의 손상으로 열화된다. 특히, Pt 전극에 의한 SBT 박막의 열화 현상을 연구하기 위해 각각 Si 와 Pt 위에 SBT 를 증착하여 같은 조건으로 열처리를 하였다. XRD, XPS, P-V, C-V 측정을 통해 Pt 전극 없이 SBT자체로도 수소 열처리 후에 열화 됨을 확인 할 수 있었다. 또한, 수소 열화현상이라고 하는 촉매 반응으로 SBT 열화 현상이 Pt로 가속화되었다. 이러한 현상을 방지하기 위해서 새로운 Ir 전극을 제안하여 $Ir/IrO_2/SBT/IrO_2$ 구조에서의 수소 열처리 전후 및 회복 열처리를 통해 SBT 박막의 전기적 특성을 연구하였다. P-V측정을 통해 SBT박막을 이용한 MFM구조에서 Ir이 열화 방지용 전극 물질로의 활용 가능성을 확인하였다.

[국내논문]

Reducing the cost of state-of-the-art Pt electrocatalysts while maintaining their oxygen reductionperformance is always a hotspot in fuel cell research owing to their significant economic benefit for thecommercialization of polymer electrolyte membrane fuel cells. Herein, we report a simple and costeffectivesynthesis of Pt Pd catalysts and a systematic study of their characteristics and catalyticperformances for the oxygen reduction reaction (ORR). Pt Pd bimetallic catalysts were prepared by asimple chemical deposition of Pt on the surface of Pd particles using a commercial Pd/C catalyst. Duringthe synthesis, Pt precursor was reduced, and Pt layers were preferentially overgrown on the surface ofthe preexisting Pd particles resulting in Pd@Pt core shell particles, which are favorable for ORR. Byvarying Pt precursors and the amount of Pt deposited, the physicochemical and electrochemicalproperties of the Pt Pd catalysts were optimized. The formation of a thin Pt layer on Pd surface is morefavorable, when using Pt(NH3)4Cl2 xH2O rather than H2PtCl6 xH2O. As the amount of Pt increased from0 to 10%, the surface properties of metal particles changed to similar to that of Pt, and the resultingcatalysts mainly consist of a Pt-rich layer with a Pd core such as the Pd@Pt core shell configuration.Pt(10%)Pd/C catalyst prepared by using Pt(NH3)4Cl2 xH2O exhibited a significant improvement in theORR with the mass activities of 221 and 53 mA/mgPGM at 0.85 and 0.9 V, respectively, which are beatablevalues compared to those (219 and 59 mA/mgPt at 0.85 and 0.9 V) of commercial Pt/C catalysts. Theperformance improvement of our bimetallic Pt Pd/C catalysts mainly originate from the formation of anactive Pt surface on the Pd core. In addition, considering that Pd is generally less expensive than Pt, thesecatalysts should have much better ORR performance and more feasibility of decreasing the total cost offuel cells. In this study, the characteristics, electrochemical behaviors, and ORR performanceimprovements of the simply prepared Pt(x) Pd/C core shell catalysts were systemically investigatedand are discussed.

[해외논문]

We investigated the magnetization process of Co/Pt/Gd/Pt multilayers in order to study the indirect exchange coupling between Co and Gd through Pt. Normal spin-flop behavior was observed for samples with a Pt layer thickness tpt< 10Å and, on the other hand, a novel hysteresis loop with ‘negative coercivity’ was observed for tpt>10Å. This loop is considered to be due to the combined effect of the antiferromagnetic coupling between the Co and Gd layers and the large magnetic anisotropy acting on the Co layer magnetization. The calculated magnetization curves agree well with experimental results. The antiferromagnetic coupling strength estimated from a comparison of the calculation and the experiment decays oscillatingly with increasing tpt.

[국내 학위논문]

Pt/HZSM-5 촉매와 Pt/SiO_(2) - HZSM-5 혼성촉매를 이용하여 n-펜탄의 이성질화 반응을 수행하였다. Pt/HZSM-5와 Pt/SiO_(2)를 Pt 함량이 각각 0.5wt%, 2.5wt%가 되도록 함침법으로 제조하였으며, 혼성 촉매는 Pt/SiO_(2)에 HZSM-5를 1:4의 비율로 섞어 제조하였다. Pt/HZSM-5와 혼성촉매상에서 각각 반응온도 및 H_(2)/H.C. 비등이 반응에 미치는 영향을 실험하였다. 공간시간 9g-cat.hr/g-mole, H_(2)/H.C. = 10이고 반응온도를 변화시킨 경우 두 촉매 모두 250 - 300℃에서 iso-펜탄으로의 선택도가 가장 높게 나타났으며 전화율은 온도 증가에 따라 계속 증가하였다. 공간시간 9g-cat.hr/g-mole, 반응온도 300℃, feed ratio 5에서 20의 범위에서 feed ratio가 클수록 두 촉매 모두 활성이 감소하는 경향을 보였다. 혼성 촉매는 Pt/HZSM-5와 비슷한 선택도를 보였으며 전화율은 Pt/HZSM-5의 경우가 더 높게 나타났다.

[국내 학위논문]

본 실험에서는 일함수가 비교적 높은 Pt을 P-GaN에 접합하기 위하여 얇은 Ni을 중간층으로 사용하고 그 오믹특성을 관찰하였다. 우선 UV lithography를 이용하여 CTLM(circular transmission line method)패턴을 제작하기 위하여 각종 조건 하에서의 패턴의 모양을 관찰함으로써 제일 좋은 패턴이 되는 resist 두께, 열처리 온도, UV 노광시간, 현상시간을 알아내었다. 이러한 공정에 이어서 p-type GaN 위에 각각 Ni(50Å), Pt(500Å)의 순서로 차례로 증착시켜 상온에서부터 900℃까지 100℃의 간격으로 열처리하였다. 그 결과, 800℃에서 열처리한 경우에서만 2.51×10^-2Ω㎠의 접촉 비저항(ρ_c)을 얻을 수 있었다. 이는 Ni과 Pt을 차례로 증착시킴으로써 오믹접합을 얻을 수 있을 것이라는 AES 실험을 근거로 한 추론이 맞다는 것을 밝히는 결과이다. 이러한 오믹접합의 중요한 원인은 Ni과 Pt층이 열처리과정에서 Ni 중간층이 GaN와 반응하면서 Ni nitride 상은 형성하지 않은 채 Ni과 gallium과 nitrogen의 세 개의 원소들이 평탄한 층을 형성하여 Pt 층이 작은 cluster로 변화하는 morphology의 변화를 막아줌으로써, nitrogen이 계면으로부터 빠져나가는 것을 막는, nitrogen에 대한 diffusion barrier의 역할을 하고 있음을 시사하고 있다. 본 실험을 통하여 p-type GaN의 오믹접합의 주요 조건 중 하나는 nitrogen의 depletion을 막아주기 위하여 박막이 평평하게 유지되어야 하며, 특히 Pt과 같이 clustering이 잘 되는 금속접합을 위해서는 계면에서의 stress를 이완시킬 수 있는 다른 금속으로 이루어진 중간층이 반드시 필요한 것을 확인하였다.

[국내논문]

We report studies of resistance switching characteristics ofPt/FeO$_{x}$/Pt structures, of which FeO$_{x}$ thin films wereformed by thermal oxidation of Fe layers. X-ray diffraction (XRD)studies showed that less oxidized Fe$_{3}$O$_{4}$ phasedisappeared and $\alpha$-Fe$_{2}$O$_{3}$ phase was formed atannealing temperatures $\geq$400 $^\circ$C. The electroformingprocess, usually occurring at 7 $\sim$ 10 V, increased theconductivity of the structure significantly($>$10$^{2}$) andbrought about reversible resistance switching under unipolar biasvoltage. We successfully demonstrated that the FeO$_{x}$ filmsexhibited reliable memory switching behaviors.

[국내 회의자료]

The $(Sr_{1-x}Ca_x)TiO_3$(ST) thin films are deposited on Pt-coated electrode(Pt/TiN/$SiO_2$/Si) using RF sputtering method with substitutional contents of Ca. The maximum grain of thin films is obtained by substitution of Ca at 15[mol%]. Also, the composition of ST thin films were closed to stoichiometry(1.081~1.117 in A/B ratio). The dielectric constant changes almost linearly in temperature ranges of -80~+90[$^{\circ}C$]. The current-voltage characteristics of ST15 thin films showed the increasing leakage current as the measuring temperature increases.

[국내 학위논문]

H/ZSM5에 $FeCl_3$를 승화시키는 방법으로 Fe/Al 비율이 1인 Fe/ZSM5 촉매를 제조하였다. 제조된 Fe/ZSM5 촉매는 $NO_x$를 $N_2$로 변환시키는 선택적 환원 반응에서 높은 활성을 보였다. 제조된 촉매에 대해 $SO_2$에 대한 내구성 실험이 수행되어졌다. 150ppm의 $SO_2$가 반응 기체에 첨가되어졌을 때, 최고의 활성을 나타내는 $350^ circ C$에서 Fe/ZSM5 상에서 NO의 $N_2$로의 전환율은 56.0%에서 34.6%로 낮아졌으며 $SO_2$가 반응 기체 상에서 제거된 경우에는 전환율이 48.4%로 높아졌다. $SO_2$를 첨가하고 제거하는 반응 실험에서 $N_2$와 CO의 수율은 비슷한 경향을 보였지만 $NO_2$의 수율은 $N_2$와 반대되는 경향을 나타내었다. Fe/ZSM5 상에서 선택적 환원 반응에서의 $SO_2$의 영향을 좀 더 자세히 알아보기 위해서 ESR, TPD 및 FT-IR 실험이 수행되어졌다. ESR 실험에서는 distorted tetrahedral coordination으로 보고되어진 $g approx 5.8$와 $g approx 6.5$의 peak가 선택적 환원 반응에서 활성점으로 보여진다. $SO_2$가 존재하는 선택적 환원 반응에서 이 두 peak가 완전히 사라져 버리는 것을 관찰하였다. FT-IR 실험에서는 IR band $1623 cm^{-1}$와 $1573 cm^{-1}$에 나타나는 $Fe^{3+}$ 상에서의 nitro와 nitrate group이 반응 중간체로 보여졌다. $SO_2$가 존재하는 선택적 환원 반응에서 이 두 peak는 완전히 사라졌다. $230^ circ C$에서 $PtCl_2$가 CO 기체상에서 $Pt(CO)_2Cl_2$를 형성하고 이것이 승화된다는 것에 착안하여 H/ZSM5에 9.85wt%와 0.34wt%의 Pt가 이온 교환된 Pt/ZSM5를 제조하였다. 제조된 촉매는 platinum metal로 보고되어진 $2 theta = 39.6^ circ$와 $45.9^ circ$의 XRD peak를 나타내었으며 platinum oxide peak는 나타나지 않았다. 이러한 결과로 볼 때, 승화법으로 촉매가 제조되어지는 과정에서 $Pt^{2+}$은 metallic platinum으로 환원되며 이것들은 불안한 상태이므로 더욱 큰 입자를 만들기 위해서 뭉쳐지는 것으로 생각되어진다. 제조된 촉매의 입자 크기를 $H_2$ 화학흡착법과TEM으로 측정해 본 결과 Pt 입자의 크기는 제올라이트의 기공 크기보다 크다는 것을 알 수 있었다. 그러므로 Pt 입자는 제올라이트의 바깥 표면에만 존재한다고 생각되어진다. 제조된 Pt/ZSM5는 $NO_x$를 $N_2$로 변환시키는 선택적 환원 반응에서 높은 활성을 보였다. Pt/ZSM-5-9.85 (9.85wt%의 Pt가 이온 교환된 Pt/ZSM5)는 두 가지 종류의 활성점을 가졌다. 그 중 하나는 $250^ circ C$에서 최고 활성이 나타났으며 전처리 조건과 환원제의 영향을 받지 않았으며 $H_2O$나 $SO_2$ 혹은 $H_2O$와 $SO_2$가 동시에 첨가된 경우에도 높은 내구성을 보였다. 반면에 다른 활성점은 $300^ circ C$ 이상에서 최고 활성을 나타내었으며 전처리 조건과 환원제에 따라 활성이 달라졌다. 또한 $SO_2$가 첨가되었을 때 활성이 줄어드는 것을 관찰할 수 있었다. Pt/ZSM-5-0.34 (0.34wt%의 Pt가 이온 교환된 Pt/ZSM5)의 경우에는 적은 양의 Pt에도 불구하고 $N_2$의 수율은 Pt/ZSM-5-9.85와 비슷하였다. 아울러 $N_2O$의 수율이 줄어들었기 때문에 $N_2$의 선택도는 증가하였다. 또한 Pt/ZSM-5-0.34 촉매는 150ppm의 $SO_2$ 가 첨가된 반응기체에서는 $N_2$의 수율이 38.0%에서 24.1%로 감소하는 것이 관찰되었으며 $C_3H_6$의 연소율은 줄어든다는 사실도 알 수 있었다. 이러한 사실로 볼 때, Pt/ZSM5 상에서 $SO_2$가 첨가될 때는 $SO_2$가 분해되어 촉매를 피독시키는 반응보다는 산화하여 $SO_3$가 생성되는 반응이 일어날 가능성이 높다. 이것은 Pt/ZSM5가 Fe/ZSM5보다 $SO_2$의 영향을 적게 받는 이유를 설명해 줄 수 있다. 다른 함량의 Pt를 포함하는 Pt/ZSM5에 $FeCl_3$를 승화시키는 방법으로 여러 가지 Pt 함량을 가진 Pt-Fe/ZSM5 촉매를 제조하였다. 선택적 환원 반응에서 Pt의 함량이 많은 촉매일수록 불필요한 부산물인 CO의 수율을 줄일 수 있었다. 이 때 $N_2$의 수율은 줄어들고 $CO_2$의 수율은 증가하는 것을 볼 수 있었다. 이것은 첨가된 Pt가 CO와 hydrocarbon을 산화시킴으로써 일어나는 반응으로 생각되어진다.

[국내 학위논문]

Microwave 가열과 polyol 방법으로 나노크기의 순수 Pt, Pt-Ru 합금 및 Pt-CeO2 복합체의 메탄올 연료전지용 촉매 분말을 산세 처리한 탄소나노튜브 (CNT)위에 제조하였으며, 결정구조는 X-선 회절 분석기(XRD) 및 투과전자 현미경(TEM)을 사용하여 분석하였다. 또한 이렇게 제조된 전극에 대한 메탄올의 산화특성을 cyclic votammetry와 chronoamperemetry로 분석하였다. 2 분간의 microwave 가열에 의한 polyol법으로 나노크기의 결정질 촉매입자가 CNT위에 형성되었다. 통상적으로 제조된 백금입자의 크기는 7∼12nm인 반면, 전구체에 sodium acetate를 첨가하여 제조한 백금 촉매입자 크기는 3∼5nm로 보다 미세하였으며, 동 전극에 대한 메탄올 산화반응에 따른 전류밀도도 147 mA/cm2의 보다 큰 값을 보였다. CV 측정 결과 활성화 된 탄소 보다는 CNT가 촉매 지지체로 적합하였다. 또한 microwave 가열과 polyol 법으로 Pt-Ru 합금촉매가 형성되었으며, Pt에 Ru을 첨가함에 따라 메탄올의 산화반응 개시전압이 감소하였다. Cyclic votammetry 측정에 의하면 Pt75Ru25 촉매가 가장 큰 활성도를 보유하였으며, 또한 chronoamperemetry 분석에서도 Pt75Ru25 촉매가 우수한 촉매의 안정성이 있었다. 또한 Pt에 CeO2를 첨가하면 촉매의 활성도는 증가하였다.

[국내논문]

고정층 상압 유통식 반응기를 사용하여 Pt(1)-Fe(30)/MCM-41와 Fe(30)/MCM-41의 촉매상에서 메탄의 분해 반응을 수행하여 수소의 수율을 구하여 Pt의 효과를 조사하였다. XRD 분석으로 반응 전 Pt(1)-Fe(30)/MCM-41 촉매에서 Fe2O3와 Pt의 결정상이 나타났다. SEM, EDS 분석과 매핑 이미지로부터 촉매 표면상에 Fe, Pt, Si, O의 나노 입자들이 균일하게 분포함을 알 수 있었다. XPS 분석으로 Pt0, Pt2+, Pt4+, Ft0, Fe2+, Fe3+ 등의 이온과 O2-, O-의 산소종이 존재함을 알 수 있었고, Fe(30)/MCM-41 촉매에 Pt를 1 wt% 첨가하면 촉매 표면상에서 Fe2p의 원자 백분율이 13.39%에서 16.14%로 증가하고 Pt4f는 1.51%이었다. 수소의 수율은 Fe(30)/MCM-41보다 3.2배 높았다. Pt로부터 Fe로 H2의 스필오버(spillover) 효과로 Fe 입자의 환원을 증가시키고, Fe, Pt와 MCM-41의 적당한 상호작용으로 미세한 나노입자를 촉매 표면상에 균일하게 분산을 증가시켜 수소수율을 향상시켰다.

[해외논문]

[국내 학위논문]

The volatile organic compounds(VOCs) have been recognized as major contributor to air pollution. The catalytic oxidation is one of the most important processes for VOCs destruction due to getting high efficiency at low temperature. In this study, monometallic Pt, Pd and bimetallic Pt-Ir, Pd-Ir were supported to TiO@_(2), γ-Al@_(2)O@_(3), and SiO@_(2). In order to distribute metals uniformly, hydrogen spillover control was used. Xylene, toluene and MEK were used as reactants. The monometallic and bimetallic catalysts were prepared by the excess wetness impregnation method and characterized by XRD, XPS, TEM and BET analysis. As a result, Pt, Pd monometallic catalysts showed higher conversion than Pt-Ir, Pd-Ir bimetallic ones. Pd monometallic catalyst showed highest conversion on the TiO@_(2), γ-Al@_(2)O@_(3) supporter. Pt monometallic catalyst showed highest conversion on the γ-Al@_(2)O@_(3), SiO@_(2) supporter. The VOCs conversion of HSO control catalysts were higher than that of non-treated ones on the TiO@_(2), γ-Al@_(2)O@_(3), SiO@_(2) supporter. Pt-Ir bimetallic catalyst showed highest conversion on the γ-Al@_(2)O@_(3) supporter. In the VOCs oxidation, Pt, Pd monometallic catalysts had multipoint active sites, so they improved the range of Pt, Pd metal state. Therefore, monometallic catalysts were higher conversion of VOCs than bimetallic catalysts. And Pt-Ir bimetallic catalysts were high conversion of VOCs. HSO control effected on uniform distribution of Pt, Pd particles. In the kinetics, VOCs oxidation was appeared on the first order reaction. The activation energy of HSO control catalysts were higher than that of non-treated ones on the TiO@_(2), γ-Al@_(2)O@_(3), and SiO@_(2) supporter. In case of MEK reactants, the activation energy of non-treated catalysts TiO@_(2), γ-Al@_(2)O@_(3), and SiO@_(2) supporter were higher than that of HSO control ones. In this study, Pt, Pd monometalic catalysts promoted oxidation conversion of VOCs. In addition to, HSO control promoted oxidation conversion of VOCs on the TiO@_(2), γ-Al@_(2)O@_(3), and SiO@_(2) supporter.

[국내 학위논문]

In this paper, Au-Ge/Pt/Au ohmic contact to n-type GaAs with 5nm thickness of Pt first layer was effective in reducing the dependency of annealing temperature. The specific contact resistance was $2.3 times 10^{-4} ~ 6.1 times 10^{-4} Ω㎠$ at the temperature range of 350~450℃. Pt first layer was effective not only in suppressing out-diffusion of Ga and As but also in reducing the alloying depth of GaAs substrate with contact metals. From these reasons, it was thought that interface morphology of the metal/GaAs and surface morphology were improved. X-ray diffraction, atomic force microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and Auger electron spectroscopy were utilized.

[국내 학위논문]

본 연구에서는 Pt-ZrP membrane을 제조하여 자기가습형 단위 PEMFC를 구성하였고, 전해질막 내부의 Pt 입자크기, 분포도 및 함침량이 자기가습에 미치는 영향과, zirconium phosphate 함침량이 단위전지 성능에 미치는 영향을 고찰하였다. 전해질막내에 함침된 Pt 촉매는 막 양단에서 crossover되는 수소와 산소를 반응시켜 물을 생성하여 막을 가습하였으며, zirconium phosphate는 전해질막내의 수분유지와 전도성을 향상시켰다. 전해질막내에서 고르게 분포된 10 nm 이하의 Pt입자는 자기가습형 PEMFC의 성능을 향상시켰으며, TEM, EDS, 및 ICP분석으로 Pt입자의 크기, 분포도 및 전해질막내의 함침량을 확인하였다. 실험조건이 0.5 mM Pt(NH_(3))_(4)Cl_(2) 용액에서 처리한 후, 0.1 M NaBH_(4)용액에서 5분 동안 환원함침 처리를 하였을 때 가장 좋은 단위전지 성능을 나타내었다. 단위전지의 운전온도를 증가시켜도 zirconium phosphate의 결정수로 인하여 전해질막의 전도도가 유지되었다. FT-IR과 NMR 분석 결과로 α-zirconium phosphate가 생성되었음을 확인하였으며, 0.5 M ZrOCl_(2) 용액에서 처리한 후, 1 M H_(2)SO_(4)용액에서 반응시켰을 때에 가장 좋은 단위전지 성능을 나타내었다.

[국내논문]

The $(SrCa)TiO_3(SCT)$ thin films are deposited on Pt-coated electrode ($Pt/TiN/SiO_2/Si$) using RF sputtering method at various deposition temperature. The dielectric constant of SCT thin films were increased with the increase of deposition temperature, and changed almost linearly in temperature ranges of $-80{\sim}+90[^{\circ}C]$. Also, SCT thin films was observed the phenomena of dielectric relaxation with the increase of frequency, and the relaxation frequency was observed above 200[kHz]. V-I characteristics of SCT thin films show the increasing leakage current with the increases of deposition temperature. The conduction mechanism of the SCT thin films observed in the temperature range of $25{\sim}100[^{\circ}C]$ can be divided into three characteristic regions with different mechanism by the increasing current. The region 1 below 0.8[MV/cm] shows the ohmic conduction. The region 2 can be explained by the Child's law, and the region 3 is dominated by the tunneling effect.

[국내논문]

본 연구에서는 Pt/GDC/Pt 셀을 이용하여 상압에서 물과 질소로부터 전기화학적으로 암모니아를 합성하는 연구를 수행하였다. 수분이 포화된 질소분위기에서 작동온도($400{\sim}600^{\circ}C$)와 전압(OCV(Open Circuit Voltage)~1.2 V)에 대한 전기화학적 특성 평가를 수행하였고, 암모니아 합성량을 정량 분석하였다. 정전압 하에서 작동온도의 증가에 따라 인가 전류의 증가로 암모니아 합성량은 증가하였으나, Pt 전극에서 암모니아 합성에 필요한 질소의 화학적 해리 흡착 반응의 한계로 패러데이 효율(faradaic efficiency)은 감소하였다. $600^{\circ}C$에서 최대 암모니아 합성량인 $3.67{\times}10^{-11}mols^{-1}cm^{-2}$(6.7 mA) 얻었고 패러데이 효율은 0.1%이다.

[국내 학위논문]

중다공성 탄소분자체인 CMK-3는 6각형의 결정 구조를 갖는 SBA-15를 지지체로하여 이를 탄화시켜 성공적으로 합성하였고, Pt 나노입자들을 담지시켜 Pt-CMK-3를 합성했다. 중다공성 Pt-CB/Pt-CMK-3 혼합촉매 비율은 Pt-CB(1-x)/Pt-CMK-3x (x = 0.0, 0.4, 0.5, 0.7, 1.0)로 나타내었다. 혼합촉매를 연료전지의 양극에 사용하여 연료전지의 물질 전달과 내구성을 향상시켰다. 투과전자현미경 (TEM) 과 X-선 회절분석법 (XRD) 분석을 통해서 Pt 나노입자가 응집되지 않고 고르게 분산되어 있으며 CMK-3에 담지된 Pt 나노입자가 2.3 nm 이하의 크기로 분포되어 있음을 확인했다. Pt 나노입자의 크기는 Pt-CB보다 Pt-CMK-3가 더 작다. 이는 두 물질의 적당한 혼합을 통해 물질 전달율과 양극에서 발생하는 물의 배출을 향상시킬 수 있음을 의미한다. X-선 광전자 분광법 (XPS) 분석을 통해서 Pt-CMK-3의 metallic Pt의 양을 확인했으며 전기화학적 활성 표면적 (ECSA) 은 순환전압전류법 (CV) 분석을 통해 Pt-CB(1-x)/Pt-CMK-3x 에서 x = 0.0, 0.4, 0.5, 0.7, 1.0 일 때 각각 27.4 m2 g-1, 38.9 m2 g-1, 44.7 m2 g-1, 36.9 m2 g-1, 30.8 m2 g-1 으로 측정되었다. 셀 성능 평가의 경우 1 기압, 80 oC 에서 음극과 양극에 산소와 수소를 분당 100 cc 씩 공급하여 실시했으며 최대 전력밀도는 Pt-CB(1-x)/Pt-CMK-3x 에서 x = 0.0, 0.4, 0.5, 0.7, 1.0 일 때 각각 0.26 W/cm2, 0.70 W/cm2, 0.75 W/cm2, 0.55 W/cm2 그리고 0.46 W/cm2 으로 나타났다. 이는 순환전압전류법 분석 경향과 일치함을 알 수 있는데 Pt-CB(0.5)/Pt-CMK-3(0.5) 셀 성능의 경우 Pt-CMK-3만 사용할 때 보다 63%, Pt-CB만 사용할 때 보다 322%의 성능이 향상되었다. 셀 성능의 향상은 Pt-CB와 Pt-CMK-3의 상호작용으로 인해 물질 전달과 반응에 참여한 Pt의 이용율이 증가했기 때문이다. 내구성 실험 (ADT) 은 100 % 가습조건에서 100 시간 동안 0.6 V 에서의 전류밀도를 측정했다. 전류밀도는 Pt-CB(1-x)/Pt-CMK-3x 에서 x = 0.0, 0.4, 0.5, 0.7, 1.0 일 때 각각 56.9 %, 15.5 %, 12.2 %, 14.6 % 그리고 10.0 % 감소했다. 이를 통해 Pt-CB 에 비해 Pt-CMK-3 및 Pt-CB(1-x)/Pt-CMK-3x 혼합촉매의 내구성이 대폭 향상되는 것을 확인할 수 있었다. Start-up/Shut-down 분석은 1 기압, 80 oC 에서 음극과 양극에 산소와 수소를 분당 100 cc 씩 공급하여 실시하였다. Pt-CMK-3와 Pt-CB 촉매를 사용했을 때 30 초 동안 개방회로전압 상태의 전류밀도를 측정하고 뒤이어 60 초 동안 0.5 V 에서의 전류밀도를 측정하며 총 100 시간 동안 전류밀도변화를 측정하였다. 양극과 음극에 Pt-CMK-3 촉매를 사용한 분리막 전극 접합체 (MEA) 의 경우 93.4 % 의 회복율을 보였으며 Pt-CB 촉매를 사용한 분리막 전극 접합체의 경우 76.5 % 의 회복율을 보였다. 전자 기기의 경우 on-off 사이클에서의 회복율이 중요하다. Pt-CB 촉매보다 Pt-CMK-3 촉매를 사용했을 때의 성능이 더 높은 이유는 Pt-CMK-3의 Pt 나노입자 분산도가 높으며 응집되지 않고 고르게 분포되어 있기 때문이다. 이 연구를 통해 중다공성 CMK-3가 상용 Pt-CB의 지지체를 대체할 수 있는 우수한 성능을 가지고 있음을 확인할 수 있다.