나노기술 및 정책 정보

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도쿄(東京)공업대학 원소전략연구센터 연구그룹이 금속 간 화합물 ZrPd3와 나노 포러스 탄화 지르코늄(ZrC)을 조합하여, ‘스즈키 커플링 반응’에서의 촉매 활성, 안정성, 귀금속 이용 효율을 향상시킴. ‘스즈키 커플링 반응’은 유기 화학 반응에서 탄소 – 탄소 결합을 만드는 중요한 방법의 하나로, 아세트산팔라듐(Pd(OAc)2) 및 팔라듐을 담지한 그라파이트(Pd/C), 산화알루미늄(Pd/Al2O3) 등의 재료가 유용한 촉매로 판매되고 있음. 특히 Pd/C 등의 불균일계 촉매는 반응 조건이 간편하고, 촉매의 회수 및 재사용이 용이하다는 점에서 원소 전략 이점이 큼. 연구진은 금속 간 화합물 Y3Pd2를 이용하여 담지형 촉매와 비교하여 촉매 순환주기가 한 자리 수정도 향상되는 것을 발견함. 그러나 이 단계에서는 어느 촉매에서도 촉매 활성과 안정성 귀금속 이용 효율을 모두 만족하는 성과를 얻지는 못했음. 연구진은 본 연구에 있어 담지형 촉매와 금속 간 화합물 촉매의 장점을 결합하여, 상기 문제점을 해결하는 것을 목표로 설정함. 구체적으로 나노 포러스 ZrC를 담체로 하고, 그 표면에 ZrPd3 나노 입자를 담지한 형태의 촉매를 합성하여 실온 하에서 ‘스즈키 커플링 반응’을 가능하게 함. 본 촉매는 Y3Pd2의 10배 이상의 Pd 분산도를 가지며 Pd 이용 효율의 향상을 실현함. 이상의 결과는 불균일계 촉매 재료 설계에서 새로운 자유도를 제공하는 것으로, 향후 보다 화학 반응에 입각한 재료 설계가 가능해질 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘ACS Catalysis’ (“Intermetallic ZrPd3 –Embedded Nanoporous ZrC as an Efficient and Stable Catalyst of the Suzuki Cross –Coupling Reaction”) 지에 게재됨.