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dc.contributor.advisor Shanmugam, Sangaraju -
dc.contributor.author Kim, Yong -
dc.date.accessioned 2017-05-10T08:50:19Z -
dc.date.available 2016-05-18T00:00:00Z -
dc.date.issued 2014 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002262539 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/1347 -
dc.description.abstract The deposition of POM on chemically reduced graphene oxide sheets was carried out through electron transfer interaction and electrostatic interaction between POM and graphene sheets to make heterogeneous catalyst in aqueous media. Well dispersed individual PMo clusters were observed by the electron microscopy and atomic force microscopy measurements. The interaction between polyoxometalate and the graphene oxide sheet was confirmed by using various spectroscopic methods such as FT-IR, UV-VIS, and Raman. The UV-Visible, IR and cyclic voltammetry results revealed the alteration of electronic structure of deposit-ed PMo as a result of strong interaction with the graphene surface. Electrochemical properties of PMo-rGO catalyst was investigated in an aqueous acidic electrolyte. The hybrid catalyst showed enhanced electro-oxidation of nitrite compared with pure homogeneous PMo and rGO.
Further, POMs were investigated for high proton conductive membranes composited with Nafion for polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) under low relative humidity. (The investment of POMs is performed to contain lots of water molecules through hydrogen bond.) POMs were immobilized by modified graphene oxide to prevent it from leaching out during operation. A Nafion/PW-mGO composite membrane provided high amount of bound water so that the proton conductivity was shown higher than Nafion 212 membrane. Fuel cell performance of Nafion/PW-mGO composite membrane exhibited the higher power density of 841 mW cm -2, operating at a temperature of 80 °C under 18% RH in contrast with Nafion 212 and recast Nafion, operating under identical conditions, a peak power density of 210 mW cm-2 and 208 mW mW mW cm -2 were observed. The composite membrane could be a potential membrane for fuel cell operating under low relative humidity. ⓒ 2014 DGIST
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dc.description.tableofcontents Ⅰ. INTRODUCTION 1
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1.1 Foreword 1
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1.2 Objective of the study 2
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1.2.1 Polyoxometalates-reduced graphene oxide immobilized hybrid catalyst 2
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1.2.2 Efficient proton conducting Nafion / polyoxometalates - modified graphene oxide membrane 2
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1.3 Theoretical Background 7
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1.3.1 Structure of Keggin type polyoxometalate 7
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1.3.2 Electrochemical activities of Keggin type polyoxometalate 10
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1.3.3 Support material of polyoxometalate for heterogeneous catalyst 13
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1.3.4 Properties, and structure of graphene support material 15
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1.3.5 Electrochemical application of polyoxometalates 18
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1.3.6 Nitrite oxidation reaction 18
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1.3.7 Proton exchange membrane 19
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1.3.8 Polyoxometalate composite membranes 23
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Ⅱ. EXPERIMENTAL SECTION 25
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2.1 Polyoxometalates – reduced graphene oxide hybrid catalyst 25
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2.1.1 Preparation of graphene oxide 25
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2.1.2 Preparation of reduced graphene oxide 25
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2.1.3 Preparation of PMo-rGO catalysts 26
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2.1.4 Characterization 26
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2.2 Nafion / Polyoxometalate–modified graphene oxide composite membrane 28
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2.2.1 Preparation of modified graphene oxide 28
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2.2.2 Preparation of PW-mGO hybrid material 28
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2.2.3 Fabrication of Nafion / PW-mGO composite membrane 28
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2.2.4 PW-mGO Characterization 29
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2.2.5 Membrane characterization 29
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2.2.6 Fabrication of membrane electrode assembly and fuel cell performance evaluation 31
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Ⅲ. RESULTS 30
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3.1 Phosphomolybdic acid – reduced graphene oxide hybrid catalyst 33
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3.1.1 Morphology analysis 33
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3.1.2 Characterization of PMo-rGO 36
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3.1.3 Electrochemical activities 42
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3.1.4 Electrochemical oxidation of nitrite ion 46
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3.2 Nafion /Phosphomolybdic aicd–modified graphene oxide composite membrane 51
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3.2.1 Characterization of PW-mGO 51
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3.2.2 Membrane characterization 56
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3.2.3 Fabrication of membrane electrode assembly and fuel cell performance evaluation 59
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IV. CONCLUSIONS 62
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V. REFERENCES 63
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dc.format.extent 75 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject polyoxometalate -
dc.subject Keggin type -
dc.subject heterogeneous catalyst -
dc.subject electrochemical activity -
dc.subject composite membrane -
dc.subject 전기화학 특성 -
dc.subject 복합전해질막 -
dc.title Polyoxometalates-Graphene oxide Hybrids : Synthesis, Structure and Electrochemical applications -
dc.title.alternative 폴리옥소메탈레이트 – 그라핀옥사이드 하이브리드의 합성, 구조 및 전기화학 분야의 적용 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.2262539 -
dc.description.alternativeAbstract 화학적으로 환원된 그라핀 옥사이드 기반의 폴리옥소메탈레이트 화합물은 전정기적 결합 및 전하 이동 결합에 의해 하이브리드 촉매 형태로 존재한다. 높은 분산도의 Mo 기반의 폴리옥소메탈레이트 클러스터는 전자 현미경 및 원자간력 현미경을 통해 관찰 하였다. 또한 폴리옥소메탈레이트와 그라핀과의 결합을 증명하기 위해 FT-IR, UV-vis, Raman 등 다양한 분광학적 방법을 적용시켜 관찰하였다. FT-IR, UV-vis, Cyclic voltammetry 장비를 통해 얻게 된 shift 현상을 통해 그라핀과 폴리옥소메탈레이트 간의 강한 결합이 존재한다는 것을 확인 하였다. 폴리옥소메탈레이트-그라핀 촉매의 전기화학적 특성을 위해 수용액 상태에서 다양한 방법을 측정하여 표면상태에서의 전자 이동 현상과 가역적인 산화 환원 반응을 확인 하였다. 이 하이브리드 촉매는 순수한 폴리옥소메탈레이트와 그라핀과의 아질산염 산화 현상 비교에서도 절대적인 우위를 보이고 있어 두 물질의 결합으로 인해 향상된 전기화학적 특성을 보인다.
또한, 폴리옥소메탈레이트와 나피온과 혼합하여 높은 수소이온전도성을 지닌 낮은 상대습도에서 작동하는 수소연료전지 복합 전해질막을 제조하였다. 폴리옥소메탈레이트의 투입으로 인해 많은 물 분자를 수소결합을 통해 복합 전해질막에 함유시킬 수 있다. 폴리옥소메탈레이트는 아민 말단기로 치환된 그라핀옥사이드와의 정전기적 결합을 통해 고정시켜, 수소연료전지 작동시에도 침출 현상이 발생되지 않는다. 나피온-폴리옥소메탈레이트 복합 전해질막은 많은 양의 물 분자량을 갖고 있어 나피온 212과의 수소이온전도도에서도 높은 성능을 나타내었다. 연료전지 성능 테스트에서도 80도, 18%의 상대습도에서 841 mW cm -2로 가장 높은 성능을 나타내었는데 이는 나피온 212 전해질막과의 비교에서도 약 4배 가까운 차이를 보이고 있어, 기존의 나피온을 대체할 수 있는 차세대 복합 전해질 막 제조에 성공하였다. ⓒ 2014 DGIST
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dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Energy Systems Engineering -
dc.contributor.coadvisor Choi, Young Woo -
dc.date.awarded 2014. 2 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.date.accepted 2016-05-18 -
dc.contributor.alternativeDepartment 대학원 에너지시스템공학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Kim, Yong -
dc.contributor.affiliatedAuthor Shanmugam, Sangaraju -
dc.contributor.alternativeName 김용 -
dc.contributor.alternativeName 상가라쥬샨무감 -
dc.contributor.alternativeName 최영우 -
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