저온 플라즈마 베드에서 메탄의 커플링 반응을 위한 고도로 규칙적인 메조다공성 그래핀-실리카 복합체 제조 연구
Synthesis of highly ordered mesoporous graphene-silica nanocomposites for methane coupling in a cold plasma bed
- 주제(키워드) 규칙적인 메조다공성 그래핀 , 하드-템플리팅 법 , 무전해 도금 , 유전체 장벽 방전 , 플라즈마 , 메탄 , ordered mesoporous graphene , hard-templating method , electroless plating , dielectric barrier discharge , plasma , methane
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 하경수
- 발행년도 2019
- 학위수여년월 2019. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000064368
- UCI I804:11029-000000064368
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
규칙적인 메조다공성의 결정질 탄소 물질을 합성하였고 특성 분석을 진행하였다. 규칙적인 메조다공성 실리카의 기공 표면에 매우 얇은 층의 니켈이 화학적이고 무전해적으로 (electrolessly) 도금되었고, 탄소원(carbon source)인 고분자 물질이 니켈 위에 코팅되었다. 환원 분위기의 열처리 과정 동안 고분자 물질의 탄소 원자들이 얇은 층의 니켈 속으로 확산되었고, 냉각 과정동안 실리카와 니켈 계면에서 그래핀으로 전환되었다. 시료에 포함된 니켈을 제거함으로써 규칙적인 메조다공성 그래핀-실리카 복합체(OMGS)를 수득하였고, 더 나아가 실리카를 제거함으로써 규칙적인 메조다공성 그래핀(OMG)을 수득하였다. 탄소의 결정상 등의 물질 특성을 분석하기 위해 FT-IR, XRD, SEM, TEM, EDS, XPS 분석 기법을 사용하였다. 분석적인 연구를 통해, 합성된 물질이 매우 얇은 층수의 그래핀을 포함한 3차원의 결정질 메조다공성 탄소 골격을 갖는 것을 확인하였고, 기존의 템플릿과 유사한 다공성 구조와 크기를 갖는 것을 확인하였다. 이 물질의 촉매 물질로서의 장점을 확인하기에 앞서서, 유전체 장벽 방전 (DBD) 플라즈마 반응기에서 무산소 메탄 커플링 반응에 여러 종류의 유전체 입자에 대한 실험을 진행하였다. 반응 결과, 메탄 전환율은 유전체 입자들 사이의 특정 입자 간격에서 최대값을 갖는 것이 발견되었다. 최대 전환율의 존재는 새롭게 개발 된 마이크로-전극의 개념과 미세방전 분석 결과를 통해 설명되었다. 또한, 실험의 플라즈마 에너지 효율이 계산되었고, 다른 연구의 값들과 비교되었다.
more초록/요약
An ordered mesoporous graphitic material was developed and characterized. Very thin layer of nickel was electrolessly plated onto the surface of an ordered mesoporous silica (OMS), followed by coating of polymeric material as a carbon source. During a reductive thermal treatment, the carbon atoms from the polymeric material diffused through the thin layer of nickel, and during a cooling process, the carbon atoms turned into graphene on the interfacial surface of nickel and OMS. An ordered mesoporous graphene-silica complex (OMGS) was obtained after the elimination of nickel, and a further elimination of silica made a graphitic material, ordered mesoporous graphene (OMG). To identify the graphitic phase of carbon and to analyze other characteristics, spectroscopic and microscopic methods were utilized including TEM, physisorption, XRD, Raman, and XPS techniques. Through the analytic study, a 3D graphitic mesoporous structure having a very thin layer of graphene was found to be successfully formed, and it had a similar porous structure and size to that of the original template. Prior to verify the advantage of this material as a catalytic material, several kinds of dielectric particles for the non-oxidative coupling of methane reaction were tested in the packed-bed DBD plasma reactor. The methane conversion was found to have its maximum at a specific gap distance between the dielectric particles. The existence of maximum conversion could be described by using a newly-developed concept of micro-electrodes and by the results of microdischarge analyses. Furthermore, the plasma energy efficiency of the experiments was rigorously calculated and was compared with other's work.
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