나노기술 및 정책 정보

• 목록

● 중국과학원 다롄 화학물리 연구소 양위이썬 및 펑위안 연구원 연구팀은 이산화탄소를 효율적으로 분리할 수 있는 공유 원자가 유기 프레임워크(covalent organic frameworks, COFs) 나노 시트를 개발

● 탄소 중립에 대한 목표를 위해 저에너지 소모, 환경 친화적인 CO2 선택성 분리막이 필수적이며, 2차원 공유 원자가 유기 프레임워크는 영구적인 1차원 직통 홀 채널, 풍부한 표면 기능 그룹 및 우수한 안정성을 보유하고 있으나, 기존의 2차원 COFs는 홀 지름이 0.8nm 이상 수준에 달하고 동력학 지름이 0.3~0.4nm 범위에 달하는 소 분자 기체(H2(0.29nm), CO2(0.33nm) 등)는 정밀 분리를 수행하지 못함

● 연구팀은 표면에 서로 다른 3가지 지름의 공극을 갖는 층상 COFs 소재를 개발하였으며, 산성 용매에 취약한 특성을 이용해, 두께 ~2nm, 공극 사이즈가 마이크로미터 수준에 달하는 초박 나노 시트 층을 박리하여 나노 시트의 잘못된 배열 조립을 정밀하게 제어하는 방법을 통해 CO2 분리에 적합한 홀 지름 사이즈를 갖는 순수 위상 COFs 막을 개발

● 연구팀은 COFs 골격이 CO2 선택성 흡착 특성과 나노 시트의 잘못된 배열 수축 홀 효과 사이에서 발휘하는 협동 역할을 이용하여 유발된 기체가 막 내부 표면에서 확산되는 메커니즘에 대한 연구를 실행하고, 최초로 CO2/H2 혼합 기체 속의 대 분자 CO2에 대한 우선 침투 분리를 실현하였으며, 분리 성능을 공업 응용 수요 수준에 도달

● 연구팀은 이번 연구를 실행하는 과정에서 신형 COFs 기체 분리 막 소재 개발을 위한 새로운 방향을 제시

※ Angewandte Chemie International Edition 게재, "Single-Phase Covalent Organic Framework Staggered Stacking Nanosheet Membrane for CO2-Selective Separation"