SrCo₁-xRuxO₃-d 페로브스카이트 촉매 합성 및 암모니아 분해 반응 연구 = Synthesis of SrCo₁-xRuxO₃-d Perovskite Catalysts and Their Application in Ammonia Decomposition Reactions|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

지속 가능한 수소 생산 기술에 대한 관심이 증가함에 따라, 암모니아를 수소 운반체로 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 암모니아는 높은 수소 함량과 쉬운 액화 조건 및 기존 저장과 운송 인프라를 활용할 수 있는 장점이 있으며, 분해 반응을 통해 고순도의 수소를 생성할 수 있어 수소 경제 실현을 위한 유망한 후보 물질로 주목받고 있다. 본 연구에서는 SrCo₁-xRuxO₃-δ(x = 0, 0.005, 0.01, 0.03, 0.05)조성의 페로브스카이트 촉매를 합성하여, Ru 도핑과 합성 온도가 촉매의 구조적∙전자적 특성과 암모니아 분해 성능에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였다. SrCo₁-xRuxO₃-δ(x = 0, 0.005, 0.01, 0.03, 0.05)촉매는 탄산수소나트륨(Sodium Bicarbonate, SBC)를 활용한 방법과 폴리비닐알코올(Polyvinylachohol, PVA)를 활용한 방법을 통해 합성하였으며, 800℃, 900℃, 1000℃에서 열처리를 수행하였다. 촉매의 구조 및 전자적 특성은 X-선 회절(X-ray Diffraction, XRD), 광전자분광분석(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS), 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscopy, FE-SEM), 고분해능 투과전자 현미경(High-Resolution Transmission Electron Microscopy, HR-TEM) 등의 분석을 통해 종합적으로 특성화하였다. 이후 합성된 촉매는 γ-Al2O₃ 지지체에 함침법으로 고정한 후, 암모니아 분해 반응 통한 수소 전환율을 기체 크로마토그래피(Gas Chromatography, GC)로 측정하였다. 분석 결과, PVA 법에서만 페로브스카이트 관련 상이 확인되었다. 하지만, SrCoO₃ 시료에서는 Sr₆Co₅O₁₅ 와 Sr₅Co₄O₁₂ 같은 이차상이 형성되었고, SrCoO₃ 상은 확인되지 않았으며, 열처리 온도에 따라 결정성의 변화가 관찰되었다. 이후 SrCo₁- xRuxO₃-δ(x = 0.005, 0.01, 0.03, 0.05)조성으로 합성하여 분석을 진행한 결과, Ru 도핑 시 SrCoO₃ 상이 안정적으로 형성되고, 결정성 향상과 함께 촉매 활성이 뚜렷이 증가하는 것을 확인하였으나, 모든 합성 온도에서 3 mol%이하의 시료에서는 도핑에 따른 촉매 활성 향상이 나타나지 않았다. 본 연구는 SrCo₁-xRuxO₃-δ페로브스카이트 촉매의 합성 온도 및 Ru 도핑에 따른 구조적∙전자적 특성과 암모니아 분해 성능 간의 상관관계를 조사하여, 촉매 활성 향상 매커니즘을 규명하고, 최적화된 조성과 열처리 조건을 도출함으로써 비용 효율적이고 암모니아 분해에 우수한 성능을 보이는 촉매 설계에 기여하고자 한다. □핵심 주제어 암모니아, 수소 운반체, 페로브스카이트, 촉매, Ru 도핑

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지속 가능한 수소 생산 기술에 대한 관심이 증가함에 따라, 암모니아를 수소 운반체로 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 암모니아는 높은 수소 함량과 쉬운 액화 조건 및 ...

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