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김자헌 연구실
숭실대학교 화학과
김자헌 교수
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김자헌 연구실

숭실대학교 화학과 김자헌 교수

본 연구실은 전이금속화학과 X-선 결정학을 기반으로 금속-유기 골격체(MOF), ZIF, 기타 다공성 결정성 물질을 설계·합성하고, 기공 구조와 작용기, 골격 유연성을 정밀 제어하여 수소·메탄 저장, 기체 분리, 호스트-게스트 인식 등 에너지·환경 응용을 위한 기능성 소재를 개발하는 화학 연구를 수행하고 있다.

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금속-유기 골격체(MOF)와 초다공성 물질 설계 thumbnail
금속-유기 골격체(MOF)와 초다공성 물질 설계
주요 논문
5
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1
article
|
인용수 282
·
2018
Separation of Acetylene from Carbon Dioxide and Ethylene by a Water‐Stable Microporous Metal–Organic Framework with Aligned Imidazolium Groups inside the Channels
Jaechul Lee, Chong Yang Chuah, Jaheon Kim, Youngsuk Kim, Nakeun Ko, Younggyu Seo, Kimoon Kim, Tae‐Hyun Bae, Eunsung Lee
IF 16.9
Angewandte Chemie International Edition
Separation of acetylene from carbon dioxide and ethylene is challenging in view of their similar sizes and physical properties. Metal-organic frameworks (MOFs) in general are strong candidates for these separations owing to the presence of functional pore surfaces that can selectively capture a specific target molecule. Here, we report a novel 3D microporous cationic framework named JCM-1. This structure possesses imidazolium functional groups on the pore surfaces and pyrazolate as a metal binding group, which is well known to form strong metal-to-ligand bonds. The selective sorption of acetylene over carbon dioxide and ethylene in JCM-1 was successfully demonstrated by equilibrium gas adsorption analysis as well as dynamic breakthrough measurement. Furthermore, its excellent hydrolytic stability makes the separation processes highly recyclable without a substantial loss in acetylene uptake capacity.
https://doi.org/10.1002/anie.201804442
Acetylene
Microporous material
Ethylene
Sorption
Metal-organic framework
Adsorption
Cationic polymerization
Chemical engineering
Materials science
Carbon dioxide
2
article
|
인용수 3,797
·
2010
Ultrahigh Porosity in Metal-Organic Frameworks
Hiroyasu Furukawa, Nakeun Ko, Yong Bok Go, Naoki Aratani, Sang Beom Choi, Eunwoo Choi, A. Özgür Yazaydın, Randall Q. Snurr, M. O’Keeffe, Jaheon Kim, Omar M. Yaghi
IF 45.8
Science
Crystalline solids with extended non-interpenetrating three-dimensional crystal structures were synthesized that support well-defined pores with internal diameters of up to 48 angstroms. The Zn4O(CO2)6 unit was joined with either one or two kinds of organic link, 4,4',4''-[benzene-1,3,5-triyl-tris(ethyne-2,1-diyl)]tribenzoate (BTE), 4,4',44''-[benzene-1,3,5-triyl-tris(benzene-4,1-diyl)]tribenzoate (BBC), 4,4',44''-benzene-1,3,5-triyl-tribenzoate (BTB)/2,6-naphthalenedicarboxylate (NDC), and BTE/biphenyl-4,4'-dicarboxylate (BPDC), to give four metal-organic frameworks (MOFs), MOF-180, -200, -205, and -210, respectively. Members of this series of MOFs show exceptional porosities and gas (hydrogen, methane, and carbon dioxide) uptake capacities. For example, MOF-210 has Brunauer-Emmett-Teller and Langmuir surface areas of 6240 and 10,400 square meters per gram, respectively, and a total carbon dioxide storage capacity of 2870 milligrams per gram. The volume-specific internal surface area of MOF-210 (2060 square meters per cubic centimeter) is equivalent to the outer surface of nanoparticles (3-nanometer cubes) and near the ultimate adsorption limit for solid materials.
https://doi.org/10.1126/science.1192160
Benzene
Metal-organic framework
Adsorption
Specific surface area
Materials science
Porosity
Methane
Langmuir
Carbon fibers
Chemical engineering
3
article
|
bronze
·
인용수 2,779
·
2004
A route to high surface area, porosity and inclusion of large molecules in crystals
Materials Design and Discovery Group, Hee K. Chae, Diana Y. Siberio-Pérez, Jaheon Kim, YongBok Go, Mohamed Eddaoudi, Adam J. Matzger, M. O’Keeffe, Omar M. Yaghi
IF 48.5
Nature
https://doi.org/10.1038/nature02311
Porosity
Molecule
Specific surface area
Materials science
Surface (topology)
Organic molecules
Zeolite
Crystal structure
Metal-organic framework
Nanotechnology
정부 과제
20
과제 전체보기
1
주관|
2021년 6월-2026년 12월
|300,000,000
온도-압력 반응성 분자체 입구로 보완된 MOF의 효과적 수소저장
가역적인 유효수소저장용량의 증가를 위하여 비표면적이 큰 MOF 기공 입구에 Gate-분자를 부착하고 그 조성 및 기본 물성을 조사함. Gate-분자의 온도-압력 의존성을 조사하여, 수소의 stepped 흡착을 유발하도록 Gate-분자의 최적화를 수행함. pto, mtn 유형의 고다공성 MOF, CUS 밀도가 높은 MOF-74 유형, M2Cl2(btdd) 유형의 MOF에 대한 Gate 변형 과정을 실증하고, 기체흡착 실험을 통하여 S-자형 흡착 거동의 유발을 조사함. CUS 1D chain과 MOF와의 복합소재 합성으로 수소흡착열과 부피저장밀도의 증가를 도모함. MOF-14, MIL-100, MIL-101, M-MOF-74, V2Cl2.8(btdd), M2Cl2(btdd), IRMOF-74-II, M2(dobpdc), Cu-ZIF를 주 연구대상으로 삼음. CSD 검색을 통하여 Gate 변형으로 수소저장에 유리한 MOF를 탐색하고, 선별 후 합성으로 구현함. 각 단계별 온도-압력 조건을 만족하며, 1000 cycles 이상의 성능 재현을 나타내는 MOF 소재를 개발함. 경제적이고 친환경적인 MOF 합성법 (기계화학적 방법)을 수소 저장용 MOF 소재에 적용함. Cu-ZIF/MOF core-shell 복합소재의 합성 및 수소 저장 특성을 평가함. MOF의 소재 취급과 성능의 보존에 유리한 성형 기술을 개발함.
수소저장
금속유기골격체
물리흡착
고압
실온
흡착엔탈피
온도-압력 반응성
유효 용량
2
주관|
2021년 6월-2026년 12월
|150,000,000
온도-압력 반응성 분자체 입구로 보완된 MOF의 효과적 수소저장
가역적인 유효수소저장용량의 증가를 위하여 비표면적이 큰 MOF 기공 입구에 Gate-분자를 부착하고 그 조성 및 기본 물성을 조사함. Gate-분자의 온도-압력 의존성을 조사하여, 수소의 stepped 흡착을 유발하도록 Gate-분자의 최적화를 수행함. pto, mtn 유형의 고다공성 MOF, CUS 밀도가 높은 MOF-74 유형, M2Cl2(btdd) 유형의 MOF에 대한 Gate 변형 과정을 실증하고, 기체흡착 실험을 통하여 S-자형 흡착 거동의 유발을 조사함. CUS 1D chain과 MOF와의 복합소재 합성으로 수소흡착열과 부피저장밀도의 증가를 도모함. MOF-14, MIL-100, MIL-101, M-MOF-74, V2Cl2.8(btdd), M2Cl2(btdd), IRMOF-74-II, M2(dobpdc), Cu-ZIF를 주 연구대상으로 삼음. CSD 검색을 통하여 Gate 변형으로 수소저장에 유리한 MOF를 탐색하고, 선별 후 합성으로 구현함. 각 단계별 온도-압력 조건을 만족하며, 1000 cycles 이상의 성능 재현을 나타내는 MOF 소재를 개발함. 경제적이고 친환경적인 MOF 합성법 (기계화학적 방법)을 수소 저장용 MOF 소재에 적용함. Cu-ZIF/MOF core-shell 복합소재의 합성 및 수소 저장 특성을 평가함. MOF의 소재 취급과 성능의 보존에 유리한 성형 기술을 개발함.
수소저장
금속유기골격체
물리흡착
고압
실온
흡착엔탈피
온도-압력 반응성
유효 용량
3
주관|
2021년 4월-2027년 2월
|5,450,000,000
첨단분야 혁신융합대학사업(빅데이터)
본 과제는 빅데이터 분야 다양성을 키우기 위해 여러 대학이 교육 자원과 전공 역량을 함께 나누는 혁신적 분산 공유 대학을 구축하는 연구임. 연구 목표는 수준별 교육과 우수 교원 POOL을 바탕으로 지역간 교육 인프라 불균형을 해소하고 포스트 코로나 시대의 새로운 대학교육 시스템 모델을 제안하는 데 있음. 핵심 연구내용은 대학별 특화분야 특장점 공유, 우수 교원들을 하나의 POOL로 구성해 세부 전공을 상호보완, 디지털 기술 기반 지적 자산 고른 공유, 자동화공정 및 자율주행차 센서 데이터 연계분석 모델링의 오류판정·추론 등으로 산업 데이터 가치 고도화임. 기대효과는 기업·연구소와의 빅데이터 인력 미스매치 극복, 신기술 트렌드 첨단인력 배출 및 설비·공정 데이터분석 기반 생산성·품질 예측·최적화로 산업경제 주도 가능함.
빅데이터
최신 특허
특허 전체보기
상태출원연도과제명출원번호상세정보
거절2014AFI형 다공성 제올라이트-이미다졸레이트 골격체 및 이의 제조방법1020140074259
거절2014기공 크기를 조절할 수 있는 메조다공성 금속-유기 골격체 및 이의 제조방법1020140053419
소멸2014다공성 금속-유기 골격체의 제조방법 및 이에 따른 금속 유기 골격체1020140044179
전체 특허

AFI형 다공성 제올라이트-이미다졸레이트 골격체 및 이의 제조방법

상태
거절
출원연도
2014
출원번호
1020140074259

기공 크기를 조절할 수 있는 메조다공성 금속-유기 골격체 및 이의 제조방법

상태
거절
출원연도
2014
출원번호
1020140053419

다공성 금속-유기 골격체의 제조방법 및 이에 따른 금속 유기 골격체

상태
소멸
출원연도
2014
출원번호
1020140044179