Fuel cell is one of the promising energy conversion devices with several advantages such as its high efficiency. In order to operate fuel cell continuously, high-quality hydrogen should be produced by reforming process. However, carbon nanostructure is easily formed with nickel-based catalysts during reforming pro-cesses. Formed carbide structure can cover the entire surface and eventually destroy the catalyst. Therefore, catalyst development that keeps carbide deposition on its surface is essential for efficient and stable reformer operation.
Recently, molecular dynamics simulation is widely used for investigating surface reactions with mod-eling of reaction sites. Reax force field (ReaxFF, developed by Adri van Duin et al.) has the ability for simu-lating bond formulation and braking during the simulation, and thus it can be a good modeling tool for chemi-cal reaction like reforming reactions on the catalyst surface.
In this study, reactivity difference between metal catalyst surfaces and Pt evaporation phenomena is investigated with the aid of molecular dynamics. For the simulation, dodecane molecules are located on the nickel and platinum surface for modeling reforming catalyst surface. The reaction proceeds at various temper-ature for investigating temperature effect. As a result, the catalyst metal surface reactions are successfully represented with reactive molecular dynamics simulation.
높은 효율을 갖는 에너지 전환 장치인 연료전지의 구동을 위해서는 고품질의 수소가 지속적으로 공급되어야 한다. 수소 공급을 위해 사용되는 연료 개질 공정 중에는 니켈 기반 촉매 표면에서 탄소 나노구조가 생성되는 탄소침적 현상이 발생한다. 탄소침적 현상에 의해 생성된 탄소는 촉매 표면을 덮어 촉매 활성을 저해하므로, 안정적인 개질기 구동을 위해서는 탄소침적 현상을 막는 개질 촉매의 개발이 필요하다.
최근 표면 반응을 모사하기 위한 방법으로 분자동역학 시뮬레이션이 널리 사용되고 있다. 특히 Adri van Duin 등이 개발한 ReaxFF는 반응 생성 및 소멸을 모사할 수 있는 시뮬레이션 방법이며, 이을 통해 촉매 표면에서의 개질 반응을 모사할 수 있다.
본 연구에서는 분자동역학 시뮬레이션을 이용하여 각 촉매 금속 표면에서의 반응성 차이를 비교하고, 백금 기화 현상을 관찰하였다. 촉매 표면 모델링을 위해서는 니켈과 백금 표면에 도데카인 분자를 반응물로 사용하여 개질 촉매 환경을 모사하였다. 또한 다양한 온도에서의 분자동역학 시뮬레이션을 통하여 온도와 개질 촉매 표면 반응의 관계를 알아보았다. 이를 통해, 분자동역학 시뮬레이션을 통한 촉매 금속-탄화수소 표면 반응 모사를 성공적으로 수행하였다.
