나노기술 및 정책 정보

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● 중국 샤먼대학교의 셰쑤위안 연구원, 위안유주 교수 연구팀이 나노물질인 풀러렌(C60)을 구리/이산화규소(Cu/SiO₂)의 전자 완충제로 사용하여 구리의 전자밀도 균형을 이루고 촉매 활성을 증가시킬 수 있다는 연구 결과를 발표

● 에틸렌글리콜(EG)은 페트병과 포장재 등에 사용되는 PET와 자동차 부동액의 원료로, 합성가스로부터 옥살산디메틸(DMO)이 생성되는 중간 과정을 거쳐 EG를 생산

● 그러나 DMO를 EG로 전환하려면 고압(20~30bar) 수소와 고온(200℃) 환경이 필요하며, 수소 압축기의 고압 반응은 안전성이 떨어지고 환경오염을 유발하는 것이 문제

● 이에 연구팀은 상압 조건에서도 높은 효율로 작용하는 촉매를 개발

● DMO-EG의 선택적 수소화 반응용 촉매로 Cu/SiO₂를 사용할 수 있지만, Cu/SiO₂ 촉매는 저압에서 활성이 약하고 안전성이 떨어지며, 붕소(B), 아연(Zn), 금(Au) 등 촉진제를 첨가하여 Cu/SiO₂ 촉매 활성을 증가시킬 수 있지만, 이러한 단원자 촉진제는 쉽게 구조 변화가 생기고 낮은 수소 압력에서 활성이 약한 단점이 있는 반면에 C60, C70 등 분자 촉진제는 효과적인 산화환원반응을 통해 촉매 활성을 증가시키는 것이 가능

● C60 완충제를 첨가하지 않은 Cu/SiO₂ 촉매를 사용했을 때 DMO의 EG 전환율은 9.6%에 불과하지만, 상압 및 180~190℃에서 C60-Cu/SiO₂ 촉매를 사용하였을 때 EG 생산수율은 98±1%에 달하였으며, kg의 규모로 1,000시간 화학반응이 진행된 후에도 촉매 활성이 없어지지 않는 것을 확인

● C60-Cu/SiO₂ 촉매를 활용한 DMO의 수소화 반응 연구 성과는 다른 열촉매·전기촉매 반응에도 활용 가능

※ Science(2022.04.14.), “Ambient-pressure synthesis of ethylene glycol catalyzed by C60-buffered Cu/SiO2”