| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2009년 봄 (05/21 ~ 05/22, 무주리조트) |
| 권호 | 15권 1호 |
| 발표분야 | 에너지환경재료 |
| 제목 | 산화·환원처리를 이용한 Ni3Al 박판재의 Ni 촉매 표면구조개질 |
| 초록 | 최근 Hirano 등은 일방향응고법으로 금속간화합물 Ni3Al의 상온연성 및 전성을 획기적으로 개선시켜, 냉간압연으로 30μm 이하 두께의 박판성형에 성공하였다. 또한, Xu, Chun 등은 이 Ni3Al 박판재가 수소생성촉매로서 메탄올분해반응에 높은 촉매활성을 나타내는 것을 발견하였다. 이러한 결과는 박판형태로 제조된 Ni3Al 합금을 수소생성용 마이크로리엑터의 촉매재료 및 구조박판재로 동시에 적용할 수 있는 매우 높은 가능성을 제시하고 있다. 특이하게도 Ni3Al 박판재의 메탄올분해반응에 대한 활성은 시간이 증가함에 따라 높아지는 경향을 나타내었다. 이는, Ni3Al 촉매박판재가 촉매반응 중 Ni 금속입자가 자발적으로 형성됨으로써 메탄올분해반응에 대한 높은 활성은 나타내는 것으로 확인되었다. 이 결과는, 적절한 표면처리를 통하여 박판재의 표면에 더 많은 Ni 금속입자를 형성할 수 있다면, Ni3Al 촉매박판재의 촉매활성을 한층 증가 시킬 수 있음을 제시해 주고 있다. 기존에 Ni3Al 합금의 산화거동에 대한 연구는 활발히 진행되어 왔다. 그 연구결과에 따르면, 산화조건에 따라 박판표면에 다양한 형태의 Ni oxide와 Al oxide의 층상구조가 형성되는 것으로 보고되어 있다. 본 연구진은 Ni oxide가 Al oxide보다 열역학적으로 불안정하기 때문에 적절한 열처리를 통해 Ni oxide만을 선택적으로 환원 할 수 있을 것으로 판단하였다. 하지만, 지금까지 Ni3Al 박판재의 산화 및 환원거동에 대해서는 보고된 바가 없다. 따라서, 본 연구에서는 Ni3Al 박판재의 선화∙환원거동을 분석하고, 선화∙환원 열처리를 통하여 표면개질된 박판재의 수소생성촉매로서의 적용가능성을 평가하고자 한다. 본 연구에서는 Ni3Al 박판재를 700oC, 900oC에서 1 시간 동안 산화 후 500oC에서 1 시간 동안 환원처리 하였다. 박판재는 산화온도에 따라 다른 표면구조를 나타내었다. 700oC에서 산화한 박판재의 경우, 박판표면에 과립형의 연속적인 NiO층이 (Al-rich, Ni) 산화층 위에 형성되는 층상구조가 형성되었다. 반면에, 900oC에서 산화한 박판재의 경우, NiO 입자가 NiAl2O4/(Al-rich, Ni) 산화층 위에 형성되었다. 또한 연속된 환원처리 후 박판재의 표면을 관찰한 결과 NiO만이 Ni로 선택적으로 환원되는 것을 확인하였다. 즉, 산화∙환원을 이용한 표면처리 후 개질된 박판재의 표면구조는 Ni/Oxide 촉매구조와 매우 유사한 것을 확인 할 수 있었다. 따라서, 본 연구를 통하여 간단한 산화∙환원처리를 이용하여 Ni3Al 박판표면에 산화층에 담지된 Ni 촉매구조를 효과적으로 생성시킬 수 있음을 확인하였고, 이 표면개질된 Ni3Al 촉매박판재의 수소생성촉매로써 적용 가능성을 확인하였다. |
| 저자 | 장준혁1, Ya Xu2, 천동현3, Masahiko Demura2, Toshiyuki Hirano2, 위당문1 |
| 소속 | 1한국과학기술원, 2NIMS, 3한국에너지기술(연) |
| 키워드 | Ni3Al; Ni catalysts; surface modification; oxidation-reduction |
