ions. 이러한 효과는 MZF 나노포어 채널을 통한 이온 수송에 영향을 미치며, 이는 환원 전위의 양(+)의 이동, 양극 및 음극 스윕의 CV 곡선 간 불일치, 지지 전해질 농도를 감소시켜 전기이중층 두께를 증가시켰을 때 단일 레독스 피크 한 쌍이 두 쌍으로 분리되는 등 여러 가지 서로 다른 형태의 데이터 세트로 나타난다. 이러한 관찰 각각은 벽-이온 상호작용으로 설명될 수 있다. 본 연구의 결과는 서로 다른 방식으로 나노포어와 상호작용하는 레독스 이온의 수송에 대한 추가 탐구로 이어질 수 있으며, 나노포어에 기반한 새로운 응용 분야의 개발에 기여할 수 있다.

유기금속 착물에 대한 효율적인 고정화(immobilization) 기술을 개발하는 것은 고효율 단일원자 촉매(SAC)의 제조와 고성능 분자 촉매의 재활용에 필수적이다. 본 연구에서는 이다졸레이트(imi-dazolate) 골격인 제올리틱 이미다졸레이트 프레임워크(zeolitic imidazolate framework, ZIF) 지지체에 Ir 복합체를 도입함으로써 SAC를 손쉽게 제조하는 방법을 제시한다. Ir(bis-carbene) 복합체는 ZIF-7-III 합성의 서로 다른 단계에서 도입되었으며, 그 결과 고정화 효율, 입자 형상, 촉매 활성은 서로 다르게 나타났다. 가능한 국소 구조는 밀도범함수이론(density functional theory) 모델링으로 제안되었고, 이는 엑스선 흡수 분광법(X-ray absorption spectroscopy) 결과와 비교되었다. 그 결과 Ir(bis-carbene) 부분기가 벤즈이미다졸레이트(benzimidazolate) 리간드의 결함이 있는 −N 자리(defective −N site)와 배위하는 것으로 확인되었다. 제조된 촉매는 글리세롤 탈수소화 및 CO2 수소화에서 전례 없는 전환수(>30,000)를 보였다. 열 여과(hot filtration) 및 재활용 시험은 가혹한 반응 조건에서도 촉매의 이질성(heterogeneity)과 안정성을 확인시켜 주었다. 본 연구의 결과는 다양한 촉매 반응에 대해 여러 유기금속 착물의 이질화(heterogenization)를 촉진할 것이다.

전이금속(TM) 코어-백금(Pt) 쉘 나노입자([email protected] NPs)는 연료전지 및 금속-공기 배터리의 고활성·고내구성 산소환원반응(ORR) 전기촉매로서 큰 주목을 받고 있다. 그러나 보고된 대부분의 [email protected] NPs 합성 방법은 다단계의 특성을 가지며, 이는 실제 응용에 있어 중대한 단점이다. 이와 관련하여, 우리 연구진은 초음파화학(sonochemistry)을 이용하여 즉, UPS(초음파 보조 폴리올 합성) 방법으로 TM = Mn, Fe, Co, Ni에 대해 [email protected] NPs를 합성하는 단일단계 방법을 보고한 바 있다. 이전에 우리는 UPS 방법에 의한 이들 [email protected] NPs의 형성 메커니즘을 제안했으나, 다소 거친 수준이었다. 일부 세부 사항이 누락되어 있었고 최적 조건도 확립되지 않았다. 본 연구에서는 모델 시스템으로 [email protected] NPs를 사용하여 UPS 반응의 형성 메커니즘에 대해 상세한 연구를 수행하였다. 금속 전구체의 성질, 초음파 조건, 반응 시간에 따른 온도 프로파일과 같은 합성 변수의 영향뿐 아니라, UPS 반응 중 생성되는 중간체의 분석도 함께 수행하였다. 그 결과, 적절한 조건 하에서 초음파에 의해 유도된 용매의 공동화(cavitation)와 붕괴(implosion)를 통해 Fe 코어가 형성되고, Pt 쉘은 Fe 코어와 Pt 시약 간의 화학 반응에 의해 형성되며, 이는 초음파의 직접적인 영향과 무관함을 이전에 제안한 메커니즘을 통해 검증하였다. 아울러 Pt를 기준으로 한 높은 수율(>90%)로 고순도 [email protected] NPs를 얻기 위한 최적 조건을 확립하였으며, 이는 실제 응용을 위해 필수적인 단계인 [email protected] NPs의 합성 스케일을 증가시키는 데 기여할 수 있을 것이다.

무수(無鹼) CO2 수소화로 개미산(FA)을 생성하는 방법은 CO2를 활성화하기 어렵고 중성 물에서 CO2의 용해도가 낮기 때문에 전환 효율이 낮다. 본 논문에서는 CO2 수화 및 Pd/C 촉매를 결합한 이중 촉매 시스템을 제시함으로써, 무수(無鹼) CO2 수소화로부터의 FA 생성 수율을 향상시키는 데 처음으로 도입하였다. CO2 수화 촉매로는 탄산탈수효소(carbonic anhydrase) 모사형 Keplerate-유형 Mo132 클러스터를 사용하였으며, 이를 메조다공성 철 트리메자테이트(MIL-100(Fe)) 구조에 캡슐화하여 그 고정화 촉매인 Mo132@MIL-100(Fe)를 제조하였다. 특히 Mo132 클러스터의 첨가는 NMR 연구로 확인된 리간드 교환 유래 CO2 수화 과정에 의해 Pd/C의 FA 수율과 전환수(TON)를 약 3.8배 크게 증가시켰다. Mo132@MIL-100(Fe)는 Pd/C와 함께 연속 반응 동안 침출(leaching)이나 뚜렷한 활성 손실 없이 분리·재사용이 가능할 뿐 아니라, 동일한 반응 조건에서 Mo132 클러스터(TON = 452)보다 2.8배 더 높은 TON(1257)을 보였다. 현재의 전략은 다양한 촉매 반응에 적용 가능하며, 특히 수용액상 CO2 전환 시스템에 유용하다.

ions. 이러한 효과는 MZF 나노포어 채널을 통한 이온 수송에 영향을 미치며, 이는 환원 전위의 양(+)의 이동, 양극 및 음극 스윕의 CV 곡선 간 불일치, 지지 전해질 농도를 감소시켜 전기이중층 두께를 증가시켰을 때 단일 레독스 피크 한 쌍이 두 쌍으로 분리되는 등 여러 가지 서로 다른 형태의 데이터 세트로 나타난다. 이러한 관찰 각각은 벽-이온 상호작용으로 설명될 수 있다. 본 연구의 결과는 서로 다른 방식으로 나노포어와 상호작용하는 레독스 이온의 수송에 대한 추가 탐구로 이어질 수 있으며, 나노포어에 기반한 새로운 응용 분야의 개발에 기여할 수 있다.

유기금속 착물에 대한 효율적인 고정화(immobilization) 기술을 개발하는 것은 고효율 단일원자 촉매(SAC)의 제조와 고성능 분자 촉매의 재활용에 필수적이다. 본 연구에서는 이다졸레이트(imi-dazolate) 골격인 제올리틱 이미다졸레이트 프레임워크(zeolitic imidazolate framework, ZIF) 지지체에 Ir 복합체를 도입함으로써 SAC를 손쉽게 제조하는 방법을 제시한다. Ir(bis-carbene) 복합체는 ZIF-7-III 합성의 서로 다른 단계에서 도입되었으며, 그 결과 고정화 효율, 입자 형상, 촉매 활성은 서로 다르게 나타났다. 가능한 국소 구조는 밀도범함수이론(density functional theory) 모델링으로 제안되었고, 이는 엑스선 흡수 분광법(X-ray absorption spectroscopy) 결과와 비교되었다. 그 결과 Ir(bis-carbene) 부분기가 벤즈이미다졸레이트(benzimidazolate) 리간드의 결함이 있는 −N 자리(defective −N site)와 배위하는 것으로 확인되었다. 제조된 촉매는 글리세롤 탈수소화 및 CO2 수소화에서 전례 없는 전환수(>30,000)를 보였다. 열 여과(hot filtration) 및 재활용 시험은 가혹한 반응 조건에서도 촉매의 이질성(heterogeneity)과 안정성을 확인시켜 주었다. 본 연구의 결과는 다양한 촉매 반응에 대해 여러 유기금속 착물의 이질화(heterogenization)를 촉진할 것이다.