나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 다롄(大連) 화학물리 연구소의 마이크로 나노 반응기 및 반응 공정학 혁신 특구 연구그룹이 일종 코발트 단일 금속 또는, 코발트 산화물 나노입자를 질소 도핑된 나노 다공성 카본 쉘에 내포시킨 나노입자 제조 방법을 개발하였으며, 이 비 귀금속 촉매 시스템을 이용하여 나이트로 아로마틱(nitro-aromatic) 촉매 수소화 반응 개발에 성공함.

기존의 나이트로벤젠(nitrobenzene)으로 아닐린(aniline)을 제조하는 기술은 공업 분야에서 사용하는 촉매제는 반응 활성이 낮고 수소화 선택성이 떨어졌음. 연구진은 일련의 Zn/Co 이중 금속 zeolite imidazole framework(ZIF) (Zn/Co-ZIF) 표면에 중합체를 코팅하고 수열처리와 제한된 열분해의 간단한 방법을 이용하여 노른자위-껍질 구조의 Co-CoO_x@N-C를 취득하였음. 이 연구에서 아연의 공간 제한과 고온에서의 높은 휘발성으로 인해 열 분해과정의 코발트 입자 소결이 억제되고 남은 촉매제의 비표면적이 증가되는 것으로 나타났으며, 단일 금속 Co ZIF과 비교할 때 아연의 첨가는 협동 효과를 제공하며, 코발트 나노 입자와 카본 쉘 간의 강한 상호 역할을 대폭 증가시키고, 코발트 나노 입자를 더욱 잘 분산시키는데 유리하다는 점을 발견하였음. 또한, 연구팀은 이중 금속 Zn/Co-ZIF 중의 원초적인 아연 함유량 조정을 통해 촉매제 비표면적과 코발트 나노 입자 사이즈를 개선하고 이런 과정을 통해 전체 촉매 활성을 향상시켰음.

연구팀은 실험 결과를 통해 Zn₄Co₁O_x@carbon은 나이트로벤젠(nitrobenzene)에 수소를 첨가하여 아닐린(aniline)을 제조하는 높은 활성과 높은 선택성을 보유한 촉매제(선택성>99%)에 속한다는 점을 입증하였으며,  Zn₄Co₁O_x@carbon도 우수한 촉매 안정성을 나타내고 있으며, 8개 반응 순환을 실행한 후 활성을 잃지 않는 것으로 나타났음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Science’ 지에 게재됨