나노기술 및 정책 정보

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● 중국과학원 금속 연구소 류훙양 연구원 연구팀은 나노단위에서 금속 팔라듐(Pd) 촉매 소재 구조에 대한 정밀 제어를 통해 나노단위에서 원자 수준으로 분산되고, 노출된 Pdn 클러스터와 Pd 단일 원자 촉매 소재를 개발한 동시에 니트릴계 화합물에 수소를 추가하여 제조한 아민계 화합물에 대한 높은 조절 제어를 실현

● 니트릴계 화합물은 비교적 높은 열역학적 안정성을 보유하고 있어 니트릴계 화합물의 높은 선택성을 아민계 화합물로 전환시키는 수소화 반응은 비교적 어렵기 때문에 적합한 촉매제를 찾아 수소화 생성물의 선택성을 정밀하게 제어하고 촉매와 수소를 첨가하는 메커니즘을 분석하는 연구는 촉매 소재 개발에 있어서 관건

● 연구팀은 나노단위의 금속 촉매 소재 디자인 및 응용 관련 연구를 지속적으로 실행해온 상황이며, 최근나노 다이아몬드-그래핀 하이브리드 상에서 나노단위의 완전히 노출된 Pd 금속 클러스터와 Pd 단일 원자 촉매 소재를 개발한 동시에 구면 수차 전자현미경(Spherical aberration electron microscope)과 X-레이 흡수 스펙트럼에 대한 계통적인 표면 특징 분석을 실행

● 분석 결과, 원자 레벨의 분산된 Pd 단일 원자(Pd1/ND@G)와 완전히 노출된 Pdn 클러스터(Pdn/ND@G)는 많은 결함을 보유하고 있는 그래핀 표면에 고정되는 것으로 확인  

● 연구팀은 추가로 Pd 단일 원자와 Pd 클러스터 간의 촉매 벤조니트릴(benzonitrile) 수소 첨가의 활성과 선택성 차이에 대한 비교 연구도 실행

● 밀도 범함수 이론(DFT) 계산을 실행한 결과, 벤질 이민(benzylamine, BI) 중 중간체는 Pd 단일 원자 상에서 비교적 긴 보존 시간을 보유하고 있어 다른 수소 분자가 활성화 하지 못해 벤질 아민(benzylamine, BA)과 축합(縮合)하여 디벤질 아민(dibenzylamine, DBA)을 생성하는데 유리하지만, 전체 노출 Pd 클러스터 구조상에서 수소 분자는 그 위에서 쉽게 분리되고 벤질 아민(BA)의 생성에 유리

● 나노단위에서의 Pd 단일 원자와 Pdn 금속 클러스터 활성 중심 구조는 벤조니트릴 높은 선택성 수소 첨가 구조에 대해 조절 제어를 실행하는 것으로 나타났으며, 이런 관계는 화공, 의약 등 분야에서 잠재적인 응용 가치를 보유하고 있다는 점을 의미

● 현재 연구팀은 기업체들과 협력하여 수소 추가 기술에 대한 응용 및 보급을 추진 중 

※ Nature Communications 게재(2021.10.26.), “Tuning the selectivity of catalytic nitriles hydrogenation by structure regulation in atomically dispersed Pd catalysts”