$Ni_3Al$ foils were used for microstructured channel plates in micro-reactor instead of stainless steel because of thermal and mechanical stability in high temperature. In the case of hydrogen production in high temperature, stainless steel is not stable thermally and mechanically. For the high efficiency of hydrogen production, the catalyst were formed on $Ni_3Al$ foils by oxidation and reduction treatment. After oxidation treatment of $Ni_3Al$ foils, there formed two kinds of oxide layer $NiO/Al_2O_3$ and $NiO/NiAl_2O_4/Al_2O_3$ which can be used by $Ni/Al_2O_3$ metal supported catalyst through reduction treatment. Between two oxide structures, $NiO/Al_2O_3$ structure show more excellent activity for methanol decomposition than $NiO/NiAl_2O_4/Al_2O_3$ structure. Because $NiAl_2O_4$ was deactivated the catalyst system by high reduction temperature over 800℃. Without reduction treatment of $NiO/Al_2O_3$ oxide structured $Ni_3Al$ foil, it can be occurred the spontaneous activation for methanol decomposition. This is attributed to a small quantity of metallic nickel which retained after oxidation. The NiO reduction is important for the continuous hydrogen production after spontaneous activation. The possibilities for the use of hydrogen production catalyst of oxidized Ni3Al foils in micro-reactor applications are promising.
본 연구진은 최근 floating zone furnace를 이용한 일방향응고법으로 단결정 $Ni_3Al$ ingot을 제조한 뒤, 냉간압연을 통하여 두께 100μm이하의 박판성형에 성공하였다. $Ni_3Al$ 합금은 열적?화학적으로 안정하기 때문에 표면구조 개선을 통해 수소생성반응용 촉매로서의 응용이 매우 유망하다.
본 연구에서는 $Ni_3Al$ 박판재를 수소생성반응에 효과적인 표면구조로 개선시키기 위하여 산화ㆍ환원분위기에서 열처리를 수행하고, 이후 촉매로서의 응용가능성을 조사하였다. $Ni_3Al$ 박판재를 700℃에서 30분간 산화분위기에서 열처리시 $Ni_3Al$ 박판재의 표면에 $NiO/Al_2O_3$ 의 산화층이 형성되었고, 형성된 각 산화층에 대하여 환원분위기에서 열처리를 수행한 결과 $Ni/Al_2O_3$ 구조의 금속담지촉매가 $Ni_3Al$ 박판재의 표면에 형성되었다. 또한 환원분위기 열처리 이후 형성된 촉매의 표면을 관찰한 결과 미세한 Ni입자들이 담체인 $Al_2O_3$ 위에 분포되어 있는 것을 확인하였다. 따라서 산화ㆍ환원분위기 열처리를 통하여 $Ni_3Al$ 박판재의 촉매로서의 응용가능성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
본 실험결과 수소화반응촉매로서 산화·환원처리한 $Ni_3Al$ 박판재가 Ni 박판재보다 더 뛰어난 활성을 보인다. 이는 산화·환원처리에 의해 생성된 Ni이 담체로 형성된 $Al_2O_3$ 에 의하여 균일하게 분산되어 넓은 면적에서 효율적으로 수소생성반응을 시키기 때문인 것으로 예상된다. 또한 $Ni_3Al$ 박판재위에 촉매를 형성시키기 위하여 산화처리를 수행한 경우, 크게 $NiO/Al_2O_3$, $NiO/NiAl_2O_4/Al_2O_3$ 의 두가지 산화구조가 얻어지고 $NiO/Al_2O_3$ 산화구조의 경우 $Al_2O_3$ 층의 구조에 따라 NiO/discontinuous $Al_2O_3$, NiO/continuous $Al_2O_3$ 의 산화구조로 나뉠 수 있다. 이들 중 NiO/discontinuous $Al_2O_3$ 의 산화층을 갖는 조건에서 활성이 높은 금속담지촉매를 얻을 수 있었다. 산화시킨 $Ni_3Al$ 박판재를 메탄올분해반응 시킬 때 환원처리를 하지 않아도 자발적으로 수소가 발생이 되고 이 효율은 NiO의 환원특성에 크게 의존한다. 그리고 필요이상으로 높은 온도에서 환원처리 시 active site(Ni)의 sintering을 유발하기 때문에, 높은 활성을 나타내는 촉매를 제작하기 위해서는 적절한 환원조건 설정이 필수적인 것으로 판단된다.
