나노기술 및 정책 정보

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업계는 널리 사용되는 화학 물질을 새롭고 지속 가능한 합성 방법으로 시급히 전환해야하는 필요성이 점점 더 커지고 있음. 이러한 맥락에서 금속이 없는 촉매를 사용하여 쉽게 구할 수 있는 이질적인 광촉매 공정을 만드는 것이 중요함. 질화탄소는 가시광선을 흡수하고 광자에 존재하는 에너지를 사용하여 산업 분야의 화학 반응을 촉매할 수 있는 탄소 및 질소 기반 나노 물질임. 질화탄소는 광범위하게 사용 가능한 비용 효율적인 전구체를 사용하여 대규모로 쉽게 생산할 수 있는 광촉매임. 이 특이한 재료는 안정적이고 견고하며 쉽게 재활용 할 수 있음. 더욱이, 탄소 질화물은 값 비싸고 잠재적으로 독성이 있는 금속 기반 촉매를 대체하는 데 사용될 수 있음.

스페인 도노스티아 연구소(CIC biomaGUNE) 연구팀이 합성 후 단순한 구조 변경이 탄소 질화물 광촉매에 얼마나 큰 영향을 미칠 수 있는지를 연구하였음. 이 물질의 화학적 및 물리적 특성을 완벽하게 함으로써 질화 탄소에 새로운 구조적 특징을 제공하여 광촉매 활성을 수정할 수 있음. 이 연구의 새로운 점은 "합성 후 변형된 결과 물질의 특정 광촉매 활성이 어떻게 유기 반응 모델과 관련되는지에 대한 평가"에 있음. 특히 나노 물질의 표면과 사용된 시약 사이의 상호 작용에 관한 혁신적이고 기계론적인 연구가 수행되었음. 이 상호 작용은 합성 후 변형에 따라 다르며 결과적으로 탄소 질화물이 가장 효과적인 촉매인 것으로 평가되었음. 또한, 재료 표면에서 일어나는 화학적 현상의 규명은 새롭고 보다 효율적인 촉매 시스템 설계를 위한 기본 매개 변수로 밝혀졌음. 현재 수소 생산, 산소의 물 산화, 이산화탄소를 산업적으로 중요한 유기 화합물로 변환하는 것과 같은 청정에너지를 생산하기 위해 탄소 질화물의 사용이 연구되고 있음. 연구에서 불소 함량이 높은 분자를 합성하기 위한 유기 반응이 개발되어 제약, 농식품 및 재료 과학 분야에서 유용하게 사용될 수 있음. 개발된 반응이 햇빛이 있는 곳에서 수행되었고 매우 우수한 결과를 보였음. 이 연구는 이종 광촉매 개발에 새로운 접근 방식으로 특정 응용 분야와 관련하여 이러한 재료의 엔지니어링에 새로운 토대를 마련하는 출발점이 될 수 있음.

본 연구 성과는 ‘Science Advances’ ("Light-driven, heterogeneous organocatalysts for novel C-C-bond formation towards valuable perfluoroalkylated intermediates") 지에 게재됨