A study on improved durability of Pd-Ni alloy catalyst in gasochromic thin film for optical hydrogen sensor
- 발행기관 서강대학교 물리학과 대학원
- 지도교수 정현식
- 발행년도 2010
- 학위수여년월 2010. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000046070
- 본문언어 한국어
초록/요약
최근 몇 년간 에너지 자원의 고갈은 전 세계적으로 심각한 문제가 되고 있다. 이러한 에너지 위기를 극복하기 위해 수소에너지, 태양에너지, 풍력에너지 등의 다양한 재생에너지 연구가 활발히 진행 중 이다. 특히 수소에너지는 오염물질이 전혀 배출되지 않고 무한한 재생 가능성 때문에 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나 수소는 대기 중 4~75%의 농도가 되면 폭발의 위험성이 있고 만일 사람이 탑승하는 자동차와 같은 밀폐된 공간에서 노출 시 질식의 위험이 있다. 따라서 수소누출을 정확히 검지하는 수소센서는 수소에너지 시대로 가기위해 필수적인 요소이다. 본 연구에서는 광학식 수소센서용 박막 물질인 Pd-Ni/a-WO3 박막의 내구성을 Pd와 Ni의 조성비율에 따라 연구하고, 기존에 연구되었던 Pd/a-WO3, Pd-Pt/a-WO3 박막들과 내구성을 비교하였다. 실험에 사용된 박막들은 Sputtering으로 제작되었고 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)를 이용하여 Pd-Ni 합금박막의 원소 조성을 정량분석 하였다. 그리고 수소와 공기에 반복적으로 노출하여 박막의 광투과도 변화를 측정한 후 각각의 내구성을 비교하였다. 그 결과, Pd-Pt/a-WO3 박막보다는 내구성이 다소 떨어지나, Pd/a-WO3 박막보다는 내구성이 향상된 것을 확인하여 내구성이 상대적으로 좋지 않은 Pd 촉매나 내구성은 좋지만 가격이 비싼 Pt가 함유된 Pd-Pt 합금 촉매를 대신하여 Pd-Ni 합금 촉매를 광학식 수소센서에 적용할 수 있음을 확인하였다. 또한 Raman spectroscopy 및 in-situ Raman spectroscopy를 이용하여 Pd/a-WO3, Pd-Ni/a-WO3, Pd-Pt/a-WO3 박막들 각각의 채색 mechanism을 비교하고 a-WO3 박막의 결정화 온도를 관찰하여 수소센서용 박막의 작동 온도를 유추하였다. 그 결과, Pd/a-WO3, Pd-Ni/a-WO3, Pd-Pt/a-WO3 박막 모두 유사한 채색반응 mechanism을 확인하고 a-WO3는 673~773 K 사이부터 그 이상의 온도에서 결정화 되는 것으로 관찰되어 673 K 이하의 온도에서는 정상적인 채색반응이 이루어지는 것을 유추할 수 있었다.
more초록/요약
In recent years, the depletion of energy resource has become an important issue worldwide. Many kinds of renewable energy sources such as are receiving increasing attention nowadays.(hydrogen, solar, wind, etc.) In particular, hydrogen energy may become a clean and renewable energy source. However, since hydrogen can be ignited over a wide range of concentration(4%~75%), any leak may result in an explosion. Also, in a closed space, as in a car, it could cause asphyxiation. Therefore, a method for detecting hydrogen at room temperature is very much needed in the development of a hydrogen economy. In this study, we compared Pd/a-WO3, Pd-Ni/a-WO3, Pd-Pt/a-WO3 thin films for optical hydrogen sensor. The films were prepared by sputtering, and quantitative analyses were done with EPMA(Electron Probe Micro Analyzer). The change in the optical transmittance of the thin films were studied as they were exposed to hydrogen gas and air alternately. From these results, we found that the Pd-Ni alloy thin film is an effective and inexpensive catalyst for hydrogen sensor. Also, in-situ Raman spectroscopy was performed in order to compare the coloration mechanism of these thin films and to find out the effect of phase transition of a-WO3.
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