| 중국과학원 물리화학연구소 고안정성 그래핀 촉매제 개발 | ||
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 그래핀은 독특한 물리화학특성을 지닌 외에도, 기타 재료를 첨가하였을 때 시너지효과를 나타내기 때문에 그래핀 기반의 복합촉매제가 전기촉매, 광촉매 영역에서 발전이 빠르다. 이에 반해 그래핀 촉매제의 발전이 더딘 편인데, 이는 촉매제 고유의 단점 때문이다. 우선 그래핀 나노칩 사이의 강한 π–π 상호작용력으로 촉매제가 응집되기 때문에 대부분의 촉매 활성 부위가 활성화하지 못한다. 그 다음 그래핀과 그 표면에 담지된 나노 촉매제사이의 작용력이 약하여 담지된 나노 촉매제 입자가 쉽게 이동하고 응집 덩어리가 커지면서 촉매활성이 감소되거나 심지어 상실될 가능성이 있다. 따라서 새로운 차원에서 이 문제를 해결하는 것이 그래핀 촉매제의 응용을 촉진하기 위한 전제가 되었다. 최근 중국과학원 물리화학기술연구소 초분자광화학연구팀의 장테루이(張鐵銳) 연구원과 미국 UCR(University of California-Riverside) 인야둥(殷亞東) 교수가 협력연구를 통해 “메조포러스(mesoporous) 이산화규소 패지킹보호”방법으로 촉매활성 문제를 해결하였다. 연구팀은 그래핀/백금 나노입자 복합촉매제를 메조포러스 이산화규소 나노칩에 패키징하였고, 샌드위치구조로 되어 있어 메조포러스 이산화규소의 한정된 공간을 효과적으로 이용하여 금속나노입자의 그래핀 표면에서의 응집과 크기를 효과적으로 제어할 수 있기 때문에 촉매제가 700℃의 고온에서도 여전히 안정된 상태를 유지할 수 있다. 또한 그래핀 나노칩 사이의 π–π상호작용을 줄이고 복합 촉매제가 용액에서도 뛰어난 분산성능을 나타낸다. 메조포러스 이산화규소 촉매제는 니트로벤젠 수소화반응에서 비교적 높은 촉매활성과 재활용 성능을 나타내었고 일산화탄소 산화와 수증기반응 등 고온 촉매반응에서도 매우 높은 안정성을 나타내었다. 그 밖에 촉매제가 독성화물질로 변하여도 간단한 열처리를 통하면 활성을 완전히 회복할 수 있다. 이 방법은 호환성이 강하며 백금나노입자로 팔라듐(Pd), 루테늄(Ru) 등 기타 금속나노촉매제로 대체할 수 있다. 관련 연구결과는 국제화학저널 「Angewandte Chemie International Edition」에 “hotpaper”에 선정되었고 또 이 저널의 내부표지논문(Inside Cover)으로도 선정되었다. 국제 유명 학술지인 「Materials Views」에 의해서도 A robust graphene-supported catalyst 제목으로 하이라이트 논문으로 실렸다. 그래핀 주형과 “메조포러스 이산화규소 패키징보호”법의 복합 응용은 산업용 고안정성 촉매제를 개발하기 위한 기반을 마련하였다. 정보출처 : http://www.cas.cn/ky/kyjz/201312/t20131217_4000282.shtml |
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