[논문]마이크로파에 의한 Zeolitic Imidazolate Framework 물질, ZIF-8의 합성

박정화; 박선혜; 정성화

doi:10.5012/jkcs.2009.53.5.553

마이크로파에 의한 Zeolitic Imidazolate Framework 물질, ZIF-8의 합성
Microwave-Syntheses of Zeolitic Imidazolate Framework Material, ZIF-8 원문보기

대한화학회지 = Journal of the Korean Chemical Society, v.53 no.5, 2009년, pp.553 - 559

박정화 (경북대학교 화학과) , 박선혜 (경북대학교 화학과) , 정성화 (경북대학교 화학과)

초록
AI-Helper

Metal organic frameworks (MOF)과 유사하게 금속과 유기물로 이루어진 골격 물질 중 제올라이 트와 유사한 구조를 갖는 zeolitic imidazolate framework (ZIF)를 처음으로 마이크로파(MW)를 이용하여 합성하였다. ZIF 중 잘 알려진 ZIF-8을 전통적인 전기 가열(CE)과 마이크로파 조사로 합성하였으며 ZIF-8은 $140{\sim}180^{\circ}C}$의 범위에서 용이하게 얻을 수 있었다. MW 합성에 의해 ZIF-8을 신속 하게 합성할 수 있었으며 결정 크기는 전통적인 합성에 비해 전반적으로 감소하였다. $140{^{\circ}C}$에서의 합성 결과 전통 적인 합성에 비해 MW에 의해 약 5배의 반응 속도가 증가함을 알 수 있었고 4시간 이내에 합성 반응이 종료됨을 알 수 있었다. MW로 얻어진 ZIF-8은 CE에 의한 ZIF-8에 비해 증가된 표면적과 세공부피를 가 졌다. 얻어진 모든 ZIF-8은 질소 흡착 실험 결과 type-I 흡착 등온선을 보였고 미세 세공을 가짐을 알 수 있었다. FTIR 및 TGA 결과 두 방법으로 얻어진 ZIF-8은 서로 유사한 결합 및 열적 특성을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

One of zeolitic imidazolate framework materials (ZIF), ZIF-8, has been synthesized with microwave irradiation and conventional electric heating at $140{\sim}180^{\circ}C}$. ZIFs are porous crystalline materials and are similar to metal organic framework (MOF) materials because both ZIFs and MOFs are composed of both organic and metallic components. ZIFs are very stable and similar to zeolites because ZIFs have tetrahedral networks. ZIF-8, with a decreased crystal size, can be synthesized rapidly with microwave irradiation. The microwave synthesis of ZIF-8 is completed in 4 h at $140{^{\circ}C}$ and the reaction time is decreased by about 5 times compared with the conventional electric heating. The ZIF-8 obtained by microwave heating has larger surface area and micropore volume compared with the ZIF-8 synthesized with conventional electric heating. It can be confirmed that ZIF-8s show type-I adsorption isotherms, explaining the microporosity of the ZIF-8s. Based on FTIR and TGA results, it can be understood that the ZIF-8s have similar bonding and thermal characteristics irrespective of heating methods such as microwave and conventional heating.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

MW에 의한 반응 시간의 감소를 보다 정량적으로 이해하고자 140 ℃의 저온에서 반응 시간을 다양하게 변화하며 ZIF-8을 합성하였다. Fig.
Metal organic frameworks(MOF)와 유사하게 금속과 유기물로 이루어진 골격물질이면서 제올라이트와 유사한 구조를 갖고 안정성이 뛰어난 zeolitic imidazolate framework(ZIF), 특히 ZIF-8를 처음으로 MW를 이용하여 합성하였고 CE 합성과 대비하였다. ZIF-8은 140 〜 180 ℃의 온도에서 합성할 수 있었으며 140 ℃의 온도에서 MW에서는 0.
흡착특성 측정 전에 시료는 140 ℃에서 24시간 진공(〜 10^-2 torr) 처리 후 분석되었다. TGA는 열분석기(Seiko, TG320, SSC5200H) 이용하여 질소를 흘려주며 측정하였다.
반응물의 조성은 ZnO: MIm: 292 DMF 였으며 140 〜 180 ℃에서 일정한 시간 가열하여 합성을 진행하였다. 가열 방법은 일반적인 전기 가열(Conventional electric heating: CE) 및 마이크로파 가열(Microwave heating: MW)을 활용하였고 각각 6〜24시간 및 0.5〜4시간 유지하여 반응시켰다. 마이크로웨이브 오븐(Mars-5, CEM)을 이용한 합성 방법은 다른 문헌에 자세히 기술되어 있다.
1031, CuK_α radiation)로 확인하였고 결정 모양은 장빙출(field emission) 주사전자현미경(FESEM, Hitachi, S-4300)을 사용하여 분석하였다. 결합 특성을 분석하기 위해 Perkin-Elmer의 FTIR 분광광도계(SpectrumGX & AutoImage)를 사용하여 KBr pellet의 스펙트럼을 얻었다. 흡착특성을 분석하기 위해 Micromeritics의 Tristar II 3020 흡착 장치를 활용하여 -196 ℃에서 질소의 흡착 등온선을 얻었다.
⁹ 특히 공개된 문헌에는 ZIF의 마이크로파 합성 연구는 알려진 바가 없으며 상업적 적용을 위해서는 용이하고 효과적인 합성 방법의 개발이 필요한 상황이다. 본 연구에서는ZIF 중 가장 잘 알려진 ZIF-8를 전통적 수열 반응 외에 최초로 마이크로파 합성으로 제조하였고 얻어진 ZIF-8의 특성을 비교 분석하였다.
반응 후 원심분리를 이용하여 고-액 분리를 하였고 다량의 DMF 및 물로 세척한후 100 ℃에서 건조하였다. 생성물의 수율은 얻어진 물질의 무게와 예상된 무게를 비교하여 구하되 Zn를 기준으로 하였다. XRD, FTIR, TGA 및 SEM 등의 특성 연구는 합성된 상태의 물질을 이용하여 수행하였고 흡착특성은 진공처리 후 흡착 장치를 이용하여 분석하였다.
얻어진 ZIF-8의 결정 구조는 XRD(MO3X-HF, Model No. 1031, CuK_α radiation)로 확인하였고 결정 모양은 장빙출(field emission) 주사전자현미경(FESEM, Hitachi, S-4300)을 사용하여 분석하였다. 결합 특성을 분석하기 위해 Perkin-Elmer의 FTIR 분광광도계(SpectrumGX & AutoImage)를 사용하여 KBr pellet의 스펙트럼을 얻었다.
결합 특성을 분석하기 위해 Perkin-Elmer의 FTIR 분광광도계(SpectrumGX & AutoImage)를 사용하여 KBr pellet의 스펙트럼을 얻었다. 흡착특성을 분석하기 위해 Micromeritics의 Tristar II 3020 흡착 장치를 활용하여 -196 ℃에서 질소의 흡착 등온선을 얻었다. 표면적은 BET 및 Langmuir 식을 이용하여 얻었으며 미세세공부피는 t-plot을 이용하여 구하였다.

이론/모형

흡착특성을 분석하기 위해 Micromeritics의 Tristar II 3020 흡착 장치를 활용하여 -196 ℃에서 질소의 흡착 등온선을 얻었다. 표면적은 BET 및 Langmuir 식을 이용하여 얻었으며 미세세공부피는 t-plot을 이용하여 구하였다. 흡착특성 측정 전에 시료는 140 ℃에서 24시간 진공(〜 10^-2 torr) 처리 후 분석되었다.

성능/효과

일반적인 CE 합성에 비해 MW 합성으로 얻어진 ZIF-8은 상대적으로 큰 표면적과 미세세공부피를 보였으며 이러한 특성은 작은 결정 크기 및 탈착 혹은 정제가 용이하기 때문인 것으로 풀이될 수 있다. FTIR 및 TGA 특성 등다른 물성은 두 가지 합성 방법에 따라 큰 차이를 보이지 않았으며 유사한 결합 및 열적 특성을 가짐을 알 수 있었다. MW에 의한 ZIF-8의 합성을 통해 표면적과 미세세공부피 등 보다 물성이 우수한 ZIF를 보다 빠른 시간 내에 얻을 수 있을 것이다.
그러나 최종 수율은 20% 이내로 매우 낮으며 이는 높은 용매 농도 혹은 ZIF-8 합성의 특징 때문으로 생각된다. MOF를 포함한 다양한 세공물질은 합성 수율이 매우 광범위하게 변하며 수열 합성에 비해 용매열 합성에서, 특히 저온의 합성 시 전반적으로 수율이 낮았다.¹⁹ ZIF-8의 합성도 용매열 합성으로 진행되어 비교적 수율이 낮을 수 있을 것이다.
본 연구에서는 우선 같은 조성을 갖는 반응물로부터 MW 및 CE에 의한 ZIF-8의 합성을 시도했으며 Fig. 1에서 보는 바와 같이 160 혹은 180 ℃에서 ZIF-8이 성공적으로 얻어짐을 확인 할수 있었다. 즉, 얻어진 XRD 형태는 ZIF-8의 알려진 회절 형태와¹ 잘 일치함을 알 수 있었다.
6은 질소 흡착 등온선 들을 보여 주고 있다. 전체적으로 Type-I 등온선을 보이며 이는 ZIF-8의 세공이 미세 세공으로 이루어져 있다는 사실과 잘 일치한다. 대표적인 ZIF-8의 표면적과 미세 세공부피는 Table 2에 정리되어 있으며 400〜650 m²/g과 0.
5〜4시간, CE에서는 6 〜24시간의 반응시간이 필요함을 알 수 있었다. 즉, MW 합성은 CE 합성에 비해 유사한 조건에서 반응 시간을 약 5배 정도 감소시킬 수 있었으며 MW 합성의 경우 빠른 핵 형성 및 핵 농도의 증가로 인해 결정 크기는 전반적으로 감소하였다. 일반적인 CE 합성에 비해 MW 합성으로 얻어진 ZIF-8은 상대적으로 큰 표면적과 미세세공부피를 보였으며 이러한 특성은 작은 결정 크기 및 탈착 혹은 정제가 용이하기 때문인 것으로 풀이될 수 있다.
1에서 보는 바와 같이 160 혹은 180 ℃에서 ZIF-8이 성공적으로 얻어짐을 확인 할수 있었다. 즉, 얻어진 XRD 형태는 ZIF-8의 알려진 회절 형태와¹ 잘 일치함을 알 수 있었다. 다만, CE에 의한 합성 시 일부의 미확인 불순물이 포함됨을(*로 표시함) 알 수 있었다.

후속연구

그러나 MOF는 합성 방법, 정제 방법 및 시료 처리에 따라 매우 다양한 다공성을 보임이 잘 알려져 있다.²⁰ ZIF-8도 유사한 특성을 보이는 것으로 생각되며 시료 정제 및 합성 최적화 등으로 그 차이가 줄어들 것으로 기대된다. 실제 나노 크기의 ZIF-8 및 일부의 연구에서도 ZIF-8의 표면적은 850 〜 960 m²/g 정도라고 보고된 바 있으며 이 결과들도 기 보고된 표면적과는 큰 차이를보인다.
FTIR 및 TGA 특성 등다른 물성은 두 가지 합성 방법에 따라 큰 차이를 보이지 않았으며 유사한 결합 및 열적 특성을 가짐을 알 수 있었다. MW에 의한 ZIF-8의 합성을 통해 표면적과 미세세공부피 등 보다 물성이 우수한 ZIF를 보다 빠른 시간 내에 얻을 수 있을 것이다.
¹⁸ 반면 CE 합성에서는 결정 핵의 농도가 낮고 따라서 오랜 시간 동안 결정이 성장할 수 있으므로 다양한 입도 분포를 갖는 비교적 큰 결정이 얻어짐을 알 수 있다.작은 입자는 촉매, 흡착, 확산 및 필름/막 등의 제조에 유리하며 세공물질의 응용성을 높일 수 있을 것이다. Fig.

참고문헌 (34)

Li, H.; Eddaoudi, M.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Nature 1999, 402, 276

상세보기
Yaghi, O. M.; O'Keeffe, M.; Ockwig, N. W.; Chae, H. K.; Eddaoudi, M.; Kim, J. Nature 2003, 423, 705

상세보기
Ferey, G. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 191

상세보기
Park, K. S.; Ni, Z.; Cote, A. P.; Choi, J. Y.; Huang, R.;Uribe-Romo, F. J.; Chae, H. K.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Proc. Natl. Acad.Sci., U.S.A. 2006, 103, 10186

상세보기
Hayashi, H.; Cote, A. P.; Furukawa, H.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Nat. Mater. 2007, 6, 501

상세보기
Banerjee, R.; Phan, A.; Wang, B.; Knobler, C.; Furukawa, H.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2008, 319, 939

상세보기
Wang, B.; Cote, A. P.; Furukawa, H.;O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Nature 2008, 453, 207

상세보기
Wu, H.; Zhou W.; Yildirim T. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 3029

상세보기
Wu, H.; Zhou, W.; Yildirim, T. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 5314

상세보기
Cravillon, J.; Munzer, S.; Lohmeier, S.-J.; Feldhoff, A.; Huber, K.; Wiebcke, M. Chem. Mater. 2009, 21, 1410

상세보기
Yoon, J. W.; Jhung, S. H.; Kim, Y. H.; Park, S.-E.;Chang, J.-S. Bull. Kor. Chem. Soc. 2005, 26, 558;

원문보기 상세보기
Jhung, S. H.; Lee, J.-H.; Yoon, J. W.; Serre, C.;Ferey, G.; Chang, J. S. Adv.Mater. 2007, 19, 121

상세보기
Jhung, S. H.; Lee, J.-H.; Forster, P. M.; Ferey, G.;Cheetham, A. K.; Chang, J. S. Chem. Eur. J. 2006,12, 7899

상세보기
Choi, J. Y.; Kim, J.; Jhung, S. H.; Kim, H.-K.; Chang, J.-S.; Chae, H. K. Bull. Kor. Chem. Soc. 2006, 27, 1523

원문보기 상세보기
Ni, Z.; Masel, R. I. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 12394

상세보기
Seo, Y. K.; Hundal, G.; Jang, I. T.; Hwang, Y. K.; Jun, C.-H.; Chang, J.-S. Micropor. Mesopor. Mater. 2009, 119, 331

상세보기
Qiu, L.-G.; Li, Z.-Q.; Wu, Y.; Wang, W.; Xu, T.;Jiang, X. Chem.Commun. 2008, 3642
Son, W.-J.;Kim, J.; Kim, J.; Ahn, W.-S. Ahn, Chem. Commun.2008, 6336
Losilla, J. A.; Balkus, K. Abstracts of Papers, 233rd ACS National Meeting, Chicago, IL, United States, March 25-29, 2007, INOR-1243
Losilla, J. A.; Balkus, K. Abstracts of Papers, 235th ACS National Meeting, New Orleans, LA, United States, April 6-10, 2008, INOR-968
Jhung, S. H.; Chang, J.-S.; Hwang, Y. K.; Greneche, J.-M.; Ferey, G.; Cheetham, A. K. J. Phys. Chem. B. 2005, 109, 845

상세보기
Park, S.-E.; Chang, J.-S.; Hwang, Y. K.; Kim, D. S.;Jhung, S. H.; Hwang, J.-S. Catal. Survey Asia 2004, 8, 91

상세보기
Tompsett, G. A.; Conner, W. C. ; Yngvesson, K. S. Chem. Phys. Chem. 2006, 7, 296

상세보기
Xu, X.; Yang, W.; Liu, J.; Lin, L. Adv. Mater. 2000, 12, 195

상세보기
Hwang, Y. K.; Chang, J.-S.; Park, S.-E.; Kim, D.S.; Kwon, U. K.; Jhung, S. H.; Hwang, J.-S.; Park, M.S. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 45, 556
Jhung, S.H.; Chang, J.-S.; Hwang, Y. K.; Park, S.-E. J. Mater.Chem. 2004, 14, 280

상세보기
Jhung, S. H.; Lee, J. H.;Chang, J.-S. Micropor. Mesopor. Mater. 2008, 112,178

상세보기
Jhung, S. H.; Chang, J.-S.; Hwang, J. S.; Park, S.-E. Micropor. Mesopor. Mater. 2003, 64, 33

상세보기
Jhung, S. H.; Lee, J.-H.; Yoon, J. W.; Hwang, Y.K.; Hwang, J.-S.; Park, S.-E.; Chang, J.-S. Mater.Lett. 2004, 58, 3161

상세보기
Jhung, S. H.; Chang, J.-S.;Yoon, J. W.; Greneche, J.-M.; Ferey, G.; Cheetham, A. K. Chem. Mater. 2004, 16, 5552

상세보기
Jhung, S. H.; Yoon, J. W.; Hwang, J.-S.; Cheetham, A. K.; Chang, J.-S. G.; Chem. Mater. 2005, 17, 4455

상세보기
Jhung, S. H.; Jin, T.; Hwang, Y. K.; Chang, J. S. Chem. Eur. J. 2007, 13, 4410

상세보기
Jhung, S. H.; Chang, J.-S., et al. unpublished result
Kaye, S. S.; Dailly, A.; Yaghi, O. M.; Long, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 14176

상세보기

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증