본 연구는 세계적으로 중요한 환경 이슈인 탄소 중립 달성을 위한 대체 에 너지 개발 및 상용화에 기여하는 것을 목적으로 하고 있다. 본 논문은 새로운 구조의 헤테로폴리산/헤테로사이클 복합 재료의 합성과 이를 대체 에너지 중 하나인 바이오에너지와 연료 전지로의 적용 가능성에 대해서 기술한다. 핵심 내용은 다음과 같다. 1. 헤테로폴리산 중의 하나인 텅스텐인산과 헤테로사이클 중 대표적인 물질인 ...
본 연구는 세계적으로 중요한 환경 이슈인 탄소 중립 달성을 위한 대체 에 너지 개발 및 상용화에 기여하는 것을 목적으로 하고 있다. 본 논문은 새로운 구조의 헤테로폴리산/헤테로사이클 복합 재료의 합성과 이를 대체 에너지 중 하나인 바이오에너지와 연료 전지로의 적용 가능성에 대해서 기술한다. 핵심 내용은 다음과 같다. 1. 헤테로폴리산 중의 하나인 텅스텐인산과 헤테로사이클 중 대표적인 물질인 이미다졸과 트리아졸을 침전법을 이용해 합성하였다(PWIx, PWTx). 합성한 물질의 구조는 XRD, IR과 XPS를 통해 물리적, 화학적으로 구조 변화가 발 생함을 확인하였다. TGA 분석을 통해 PWIx, PWTx 모두 텅스텐인산과 이미 다졸, 트리아졸 각각의 물질보다 열적 안정성이 향상되었음을 확인하였다 2. 산/염기 이기능화 사이트를 가진 헤테로폴리산/헤테로사이클 복합 재료는 산성촉매 반응 경로와 염기촉매 반응 경로가 각각 다른 바이오디젤 생산 반응에 유리한 촉매임을 확인하였다. 더불어 입자 크기와 표면적이 조절 된 PWT6-400이 바이오디젤 반응 촉매로 사용할 수 있는 가장 우수한 촉 매임을 확인하였다. 3. 합성물의 양성자 전도도를 측정하기 위해 진행한 전도도 실험에서 상대 습도 변화와 온도 변화에 따른 전도도 경향을 확인하였다. PWI2, PWI3이 우수한 양성자 전도도 성능을 가지는 것을 확인했으며, 복합 재료의 구조적 안정성 강화를 위하여 펠렛화 과정과 열처리 과정을 진행하였다. 그 결과 PWI3- 400_pellet이 가장 우수한 양성자 전도도 성능과 구조적 안정성을 보였다. 본 연구에서 개발한 헤테로폴리산/헤테로사이클 복합 재료는 석유 제 품을 대체할 바이오디젤 생산의 불균일 촉매로서의 활용 가능성뿐만 아니라, 수소 연료전지의 고분자 전해질 막에 사용 가능한 양성자 전도체로서의 적용 가능성을 가지고 있어 탄소 중립 달성에 적지 않은 공헌을 할 것이라 예상한 다.
본 연구는 세계적으로 중요한 환경 이슈인 탄소 중립 달성을 위한 대체 에 너지 개발 및 상용화에 기여하는 것을 목적으로 하고 있다. 본 논문은 새로운 구조의 헤테로폴리산/헤테로사이클 복합 재료의 합성과 이를 대체 에너지 중 하나인 바이오에너지와 연료 전지로의 적용 가능성에 대해서 기술한다. 핵심 내용은 다음과 같다. 1. 헤테로폴리산 중의 하나인 텅스텐인산과 헤테로사이클 중 대표적인 물질인 이미다졸과 트리아졸을 침전법을 이용해 합성하였다(PWIx, PWTx). 합성한 물질의 구조는 XRD, IR과 XPS를 통해 물리적, 화학적으로 구조 변화가 발 생함을 확인하였다. TGA 분석을 통해 PWIx, PWTx 모두 텅스텐인산과 이미 다졸, 트리아졸 각각의 물질보다 열적 안정성이 향상되었음을 확인하였다 2. 산/염기 이기능화 사이트를 가진 헤테로폴리산/헤테로사이클 복합 재료는 산성촉매 반응 경로와 염기촉매 반응 경로가 각각 다른 바이오디젤 생산 반응에 유리한 촉매임을 확인하였다. 더불어 입자 크기와 표면적이 조절 된 PWT6-400이 바이오디젤 반응 촉매로 사용할 수 있는 가장 우수한 촉 매임을 확인하였다. 3. 합성물의 양성자 전도도를 측정하기 위해 진행한 전도도 실험에서 상대 습도 변화와 온도 변화에 따른 전도도 경향을 확인하였다. PWI2, PWI3이 우수한 양성자 전도도 성능을 가지는 것을 확인했으며, 복합 재료의 구조적 안정성 강화를 위하여 펠렛화 과정과 열처리 과정을 진행하였다. 그 결과 PWI3- 400_pellet이 가장 우수한 양성자 전도도 성능과 구조적 안정성을 보였다. 본 연구에서 개발한 헤테로폴리산/헤테로사이클 복합 재료는 석유 제 품을 대체할 바이오디젤 생산의 불균일 촉매로서의 활용 가능성뿐만 아니라, 수소 연료전지의 고분자 전해질 막에 사용 가능한 양성자 전도체로서의 적용 가능성을 가지고 있어 탄소 중립 달성에 적지 않은 공헌을 할 것이라 예상한 다.
This research aimed to contribute to the development and commercialization of alternative energy sources to achieve “carbon zero,” an important solution to the global environmental crisis. This paper describes the synthesis of heteropoly acid/heterocycle composites with new structures and their pote...
This research aimed to contribute to the development and commercialization of alternative energy sources to achieve “carbon zero,” an important solution to the global environmental crisis. This paper describes the synthesis of heteropoly acid/heterocycle composites with new structures and their potential applications in alternative energy sources, such as bioenergy and fuel cells. Herein, these contents stand for: 1. Tungstophosphoric acid, a heteropoly acid, and imidazole and triazole, which are representative heterocycles, were synthesized using a precipitation method (PWIx, PWTx). XRD, IR spectroscopy, and XPS confirmed that the structure of the composite material changed both physically and chemically. TGA analysis revealed that PWIx and PWTx exhibited better thermal stability than tungsten phosphate, imidazole, and triazole. 2. Results indicated that heteropoly acid/heterocycle composites with acid/base bifunctional sites are efficient catalysts for biodiesel production reactions with independent acid- and base-catalyzed reaction pathways. Furthermore, we confirmed that PWT6-400 with a controlled particle size and surface area is the best catalyst for biodiesel reactions. 3. Conductivity experiments were conducted to measure the proton conductivity of the composite, and the dependence of conductivity on humidity and temperature changes was confirmed. PWI2 and PWI3 exhibited an excellent proton conductivity performance. Pelletization and heat treatment were conducted to enhance the structural stability of the composite material. Consequently, PWI3-400_pellet exhibited the best proton conductivity performance and structural stability. The heteropoly acid/heterocycle composite material developed in this study is expected to significantly contribute to the realization of “carbon zero” as it can replace fossil fuels and be used as a heterogeneous catalyst for biodiesel production; further, it can be employed as a proton conductor for polymer electrolyte membranes in hydrogen fuel cells.
This research aimed to contribute to the development and commercialization of alternative energy sources to achieve “carbon zero,” an important solution to the global environmental crisis. This paper describes the synthesis of heteropoly acid/heterocycle composites with new structures and their potential applications in alternative energy sources, such as bioenergy and fuel cells. Herein, these contents stand for: 1. Tungstophosphoric acid, a heteropoly acid, and imidazole and triazole, which are representative heterocycles, were synthesized using a precipitation method (PWIx, PWTx). XRD, IR spectroscopy, and XPS confirmed that the structure of the composite material changed both physically and chemically. TGA analysis revealed that PWIx and PWTx exhibited better thermal stability than tungsten phosphate, imidazole, and triazole. 2. Results indicated that heteropoly acid/heterocycle composites with acid/base bifunctional sites are efficient catalysts for biodiesel production reactions with independent acid- and base-catalyzed reaction pathways. Furthermore, we confirmed that PWT6-400 with a controlled particle size and surface area is the best catalyst for biodiesel reactions. 3. Conductivity experiments were conducted to measure the proton conductivity of the composite, and the dependence of conductivity on humidity and temperature changes was confirmed. PWI2 and PWI3 exhibited an excellent proton conductivity performance. Pelletization and heat treatment were conducted to enhance the structural stability of the composite material. Consequently, PWI3-400_pellet exhibited the best proton conductivity performance and structural stability. The heteropoly acid/heterocycle composite material developed in this study is expected to significantly contribute to the realization of “carbon zero” as it can replace fossil fuels and be used as a heterogeneous catalyst for biodiesel production; further, it can be employed as a proton conductor for polymer electrolyte membranes in hydrogen fuel cells.
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