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Synthesis and application of high surface area metallic nanostructures = 고표면적 금속 나노구조체의 합성 및 응용성에 관한 연구
서명 / 저자 Synthesis and application of high surface area metallic nanostructures = 고표면적 금속 나노구조체의 합성 및 응용성에 관한 연구 / Gae-Hang Lee.
저자명 Lee, Gae-Hang ; 이계행
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2009].
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초록정보

The present study involves the synthesis and characterization of hollow Sn, hollow Pb, $Pt/C_{60}$ hybrid and $PtRu/C_{60}$ hybrid nanoparticles. First, Hollow Sn and Pb nanoparticles have been prepared by a rapid injection of an aqueous solution of $SnCl_2$ -poly(vinylpyrrolidone) (PVP, surfactant) and $Pb(OAc)_2 \cdot 3H_2O -PVP$ into an aqueous solution of sodium borohydride (reducing agent) in simple, one-pot reaction at room temperature under an argon atmosphere, respectively. The two hollow nanoparticles have been fully characterized by TEM, HRTEM, SAED, XRD, and EDX analyses. Upon exposure to air, the black Pb hollow nanoparticles are gradually transformed into a mixture of Pb, litharge (tetragonal PbO), massicot (orthorhombic PbO), and $Pb_5O_8$. The order and speed of mixing of the reactants between the metal precursor-PVP and the reductant solutions and stoichiometry of all the reactants are crucial factors for the formation of the two hollow nanocrystals. The Sn and Pb hollow nanoparticles were produced only when 1:(1.5-2) and 1:3 ratios of the Sn and Pb precursors to $NaBH_4$ were employed with a rapid injection, respectively. Second, for the synthesis of Pt nanoparticles with $C_{60}$, $Pt(acac)_2$ (acac = acetylacetonate), $C_{60}$, oleylamine, and oleic acid were mixed with 1,2-hexadecanediol and benzyl ether, followed by heating at 50℃ for 1 h under argon atmosphere. The reaction mixture was slowly heated to reflux temperature for 30 min, and allowed to reflux for additional 30 min. Centrifugation and repeated washing of the precipitates yielded Pt nanoparticles as a black-brown solid. The particles were readily dispersed in various hydrocarbon solvents such as toluene, hexane, and chlorobenzene. The PtRu nanoparticles were synthesized with the same reaction conditions as those of the Pt nanoparticles, except the metal precursors of $Pt(acac)_2$ and $Ru(acac)_3$. The two nanoparticles have been fully characterized by TEM, HRTEM, SAED, XRD, UV-vis, DSC, NMR, and EDX analyses. The prepared catalysts were absorbed onto a Vulcan carbon support that is one of the well-known carbon materials. The electrochemical measurements demonstrated that the as-made catalysts show a much better electrocatalytic performance for methanol oxidation reaction in comparison to E-TEK catalysts.

이 논문은 동공을 지닌 Tin과 Lead 그리고 풀러렌 표면 위에 Pt로 둘러싼 나노입자와 풀러렌 표면 위에 PtRu 로 둘러싼 나노입자의 합성과 특성에 관한 연구 내용이다. 첫 번째로 $SnCl_2$-poly(vinylpyrrolidone) (PVP, 표면활성제) 또는 $Pb(OAc)_2 \cdot 3H_2O-PVP$ 가 들어있는 수용액을 환원제인 수소화붕소나트륨이 들어있는 수용액에 상온과 아르곤 가스 분위기 하에서 빠르게 주입을 하면 동공을 지닌 Tin과 Lead 나노입자가 만들어진다. 두 나노입자는 TEM, HRTEM, SAED, XRD, EDX 로 분석했다. Lead 나노입자는 공기에 노출시 여러 산화물의 혼합체로 [Pb, litharge (tetragonal PbO), massicot (orthorhombic PbO), and $Pb_5O_8$] 변화하는 것을 관찰할 수 있었다. 동공을 지닌 나노입자 합성에서 가장 중요한 요소는 여러 실험 과 금속 선구체-PVP 수용액과 환원제 수용액 사이에 주입하는 순서와 주입하는 속도 그리고 금속 선구체와 환원제 사이에 당량 비율이 중요하다는 것을 알았다. 두 번째로 $C_{60}$, $Pt(acac)_2$ (acac = acetylacetonate), $C_{60}$, oleylamine, oleic acid, 1,2-hexadecanediol, benzyl ether 모두 한 플라스크 안에 넣고 50 ℃, 아르곤 가스 분위기에서 한 시간 동안 교반을 한 후 320 ℃ 까지 올리고 이 온도에서 30분간 유지를 하면 풀러렌 표면 위에 Pt로 둘러싼 나노입자가 만들어진다. 풀러렌 표면 위에 PtRu 로 둘러싼 나노입자도 위 방법에 $Ru(acac)_3$ 을 더 넣어주면 같은 실험 조건하에서 $C_{60}@PtRu$ 나노입자를 두 나노입자는 TEM, HRTEM, SAED, XRD, UV-vis, DSC, NMR, and EDX analyses 로 분석했다. 연료전지 활성을 알아보기 위해 나노 입자를 지지체인 Vulcan carbon 위에 잘 담지 시켰고, 특성을 측정해 보니 현재 상용화 되고 있는 E-TEK 촉매보다 활성이 높게 나오고 있다.

서지기타정보

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청구기호 {DCH 09008
형태사항 vii, 48 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 이계행
지도교수의 영문표기 : Joon-Taik Park
지도교수의 한글표기 : 박준택
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 Includes references
주제 metal;hollow;core/shell;hybrid;fuel cell
금속;동공;핵/껍질;혼성;연료전지
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