나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 다롄(大連) 화학물리 연구소 산하 촉매 기초 국가 중점 실험실의 연구팀이 나노 반응기 마이크로 환경에 대한 조정, 제어를 통해 촉매 수소 첨가 성능을 향상시킴.

벤조산(benzoic acid)에 수소를 첨가하여 헥사히드로벤조산(hexahydrobenzoic acid)을 제조하는 프로세스는 공업 분야에서 나일론-6의 원료인 카프로락탐(caprolactam)을 생산하는 중요한 중간 프로세스에 속하지만 금속 나노 입자 촉매제의 활성이 좋지 않으며, 특히 비양성자성 용매(Aprotic solvent)에서는 활성이 저조함. 금속 나노 입자의 촉매 활성을 향상시키기 위해 연구팀은 유기 작용 그룹(functional group)(예를 들면, 아미노기(amino), 트라이페닐포스핀(triphenylphosphine), 디페닐포스핀(diphenylphosphine), 페닐 그룹(phenyl group))에 대한 수정을 실행할 수 있는 나노 반응기에 Ru 나노 입자를 도입하였음. 그 결과, 포스파인 리간드(phosphine ligand) 수정의 나노 반응기에서 Ru 나노 입자는 노말 헥세인(n-hexane)에서 효율적으로 벤조산(benzoic acid) 수소 첨가를 촉매화 할 수 있고 기타 반응기 중의 Ru 나노 입자 및 상용화 Ru/C는 촉매 활성을 표현하지 않는 것으로 나타났음.

연구팀은 관련 이론 계산 및 실험 결과를 통해 포스파인 리간드(phosphine ligand) 수정은 루테늄(ruthenium)의 마이크로 환경을 변경하고 벤조산(benzoic acid)의 방향 고리가 Ru 금속 표면에서 우선 흡착되게끔 유도하여 관련 촉매 성능을 강화한다는 점을 입증하였음. 동시에 포스파인 리간드(phosphine ligand) 수정의 나노 반응기는 Ru 나노 입자가 벤젠(benzene), 메틸벤젠(methylbenzene), 벤조트리플루오리드(benzotrifluoride)의 수소 첨가 활성을 강화할 수 있다는 점을 발견하였는데 그 주요 원인은 포스파인 리간드(phosphine ligand)의 전자 효과가 Ru 표면의 전자 밀도를 강화하는데 있는 것으로 나타났음.

나노 반응기 마이크로 환경에 대해 조정 및 제어가 가능한 촉매 활성과 선택적인 전략은 효율적인 촉매 시스템을 구축하고 발전시키는데 필요한 새로운 아이디어를 제공하였다고 여겨짐.

본 연구 성과는 'Angewandte Chemie International Edition' 에 게재됨