나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 금속연구소 산하 "선양(瀋陽) 재료과학 국가연구센터" 소속 "융합연구부"의 "에너지 촉매소재 연구팀"은 재생 가능한 바이오매스 자원을 사용하여 해당 정밀화학 물질 또는 에너지 재료를 제조하여 에너지 고갈 및 오염문제를 해결하는 연구를 수행해옴. 특히 나노탄소촉매 반응 메커니즘과 공정 및 새로운 탄소촉매 반응 시스템에서 금속촉매물질의 효율적인 활용과 대체를 연구하여, 최근 나노탄소 기반 물질의 효율적인 촉매 1차 알코올(primary alcohol) 변환 연구에서 혁신성과를 얻음.

연구팀은 탄소나노튜브 촉매 메탄올 반응 시스템에서 촉매 구조 특성화, 반응 역학 측정, 활성 중심 화학 적정(滴定) 및 모델 촉매 반응 등을 사용하고 탄소 소재 촉매 1급 알코올의 변환이 주로 산 촉매 탈수 반응을 통해 에테르(또는 올레핀)를 생성시키고, 환원 촉매를 통해 알데히드를 생성시키는 과정이 포함됨.

연구팀은 탄소 소재를 부틸 알코올(butyl alcohol) 변환 반응 시스템 속에 응용하고, 그 산화 환원 능력이 탄소 소재 공액 크기 및 불순물 원자 도입에 의해 결정된다는 점을 발견하였음.

연구팀은 나노 탄소 촉매 소재의 화학 조성과 구조에 대해 합리적인 조정 제어를 실행하는 과정, 즉 산소 환원 능력은 1급 알코올 반응이 진행되는 방향을 제어하여 목표 생성물 선택성에 대한 효과적인 제어를 할 수 있다는 점을 발견하였음.

연구팀의 치워이(齊偉) 연구원은 푸저우(福州) 대학교 린선(林森), 셰자이라이(謝在來) 교수 연구팀과 공동 연구를 실행하고, 탄소 소재 촉매 구성 효과 관계에 대한 연구를 기반으로 하여 새로운 그래핀/질화붕소(BCN) 나노 복합 촉매 소재를 개발하는데 성공하였음.

연구팀이 개발한 신형 그래핀/질화붕소(BCN) 나노 복합 촉매 소재의 특징은 그래핀과 질화붕소 영역이 모두 동일한 구조 속에 공존한다는 점이며, 2개 그룹 성분의 나노 사이즈의 하이브리드화는 산소 환경에서 복합 소재의 열 안정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 2개 그룹 성분 간의 시너지 효과는 복합 소재에 더욱 높은 촉매 반응 활성과 목표 생성물 선택성을 부여함.

연구팀은 실험 과정에서 이론 계산 결과를 결합하여 복합 소재 촉매 메탄올 전환 과정에서의 반응 루트를 제시하고, 분자(원자) 사이즈에서의 반응 경로를 분석하였음.

본 연구 성과는 ‘Carbon’ ("Oxygen Assisted Butanol Conversion on Bifunctional Carbon Nanotube Catalysts: Activity of Oxygen Functionalities") 지에 게재됨.