초록 ▼

본 연구팀에서는 zeolite 및 silicate 등의 기존 porous 산화물들과는 구별되는 main group 원소나 전이 금속으로 이루어진 비산화물계 다공성 물질을 합성하고 유기/무기 하이브리드 다공성 화합물들을 새롭게 합성하는 동시에 에너지전환, 분자인식, 형광특성, 촉매특성을 극대화하는 새로운 화합물을 연구한다.
- alkali metal halide flux method와 solvothermal method를 통하여 oxygen 대신 chalcogen(S, Se, Te)를 포함하는 non-oxidic porous 물

본 연구팀에서는 zeolite 및 silicate 등의 기존 porous 산화물들과는 구별되는 main group 원소나 전이 금속으로 이루어진 비산화물계 다공성 물질을 합성하고 유기/무기 하이브리드 다공성 화합물들을 새롭게 합성하는 동시에 에너지전환, 분자인식, 형광특성, 촉매특성을 극대화하는 새로운 화합물을 연구한다.
- alkali metal halide flux method와 solvothermal method를 통하여 oxygen 대신 chalcogen(S, Se, Te)를 포함하는 non-oxidic porous 물질인 $KSmP_2S_7$을 합성하였고 이 물질과 유사한 역시 본 연구팀에서 연구된 $NaYbP_2S_6$와 $NaSmP_2S_6$의 구조와 물성을 비교한 연구 결과가 발표되었으며 1차원 사슬 구조를 갖는 ANb2PS10 (A=Na, Ag) 물질이 합성되어 물성과 구조와의 관계가 연구 되었다. 이들 저차원 물질과는 대조적으로 삼차원 구조를 가지는 $Na_9Gd_5Sb_8S_26$가 합성되었다.
-다양한 칼코진 원자들이 도입된 비산화물계 저차원 다공성 화합물, $Cs_2ZrGe_6S_15$, $TiV_2Te_4$,$CrPS_$5 (A = Rb, Cs), $RbCu_3S_2$, $RbNb_2PS_10$, 그리고 $Nb_1+xV_1-xS_5$(x=0.18)을 합성하였으며, 합성된 화합물들에 대해 여러 가지 tool을 이용하여 물리적인 성질을 규명하였다. 그밖에 main group element로 이루어진 다양한 다공성 저차원 물질을 합성하였다.
- 다양한 유기 리간드에 연구를 수행한 결과 유기 공간격자로서 트리페닐 아민계 유기산 $(H_3TCA)$과 그 덴드리머인 $H_6TTA$를 통해 $Zn^2+$ 이온과 결합한 $Zn_4(O)(TCA)_24 및 $Zn_4(O)(TTA)(DMA)$를 각각 얻을 수 있었고 chiral 리간드인 $H_2MCPDC$를 통해 $Cd_2(MCPDC)_1.5(NO_3)(DMF)_3$를 그리고 페로센 치환체인 $H_2FDCA$를 통해 $Zn_8(O)_4(FDCA)_6$ 및 $Zn_6O_2(FDCA)_5(H_2O)(DMF)$ 등을 얻어 각각 이것들의 세공성 및 흡착에 관한 연구를 수행하였다.
- 메조포러스 구조의 경우 citrate 계열의 새로운 Ti 전구체를 이용하여 순수한 Mesoporous Titania를 합성하였으며, 이는 MCM-41과 같은 hexagonal 형태를 가진다. 또한, oxalate 계열의 Ti 전구체를 이용하여 정렬성이 우수한 Layered structure를 합성하였다. 4-25 nm 크기의 여러 종류의 $TiO_2$ 나노입자를 합성하였으며, 이를 이용하여 투명한 다공성 박막을 얻었다. 다공성 구조에 있어서 동공의 크기가 광촉매 활성에 미치는 영향을 연구하였다.
- 나노 다공성 산화물을 구연산염 졸-겔법, 우레아 공침법, 역미셀법등을 이용하여 합성하였다. 특히 다공성 산화물을 나노 반응기로 사용하여 기능성 금속 산화물을 합성하였는데 나노크기 산화물의 합성 시 무기주형틀로 사용하기위해서 계면활성제의 역미셀 (reverse micelle)을 나노 반응기로 사용하여 기능성 금속 산화물(촉매, 형광체, 전극물질 등)을 합성하였다. 마지막으로 무기물을 주형(template)로 하여 나노 다공성 무기-유기 하이브리드 화합물을 제조하고자 하였고 이러한 연구결과들을 토대로 하여 나노 크기 금속산화물의 새로운 합성법을 모색하고자 하였다.
- 본 연구를 통하여 20편의 SCI 논문이 발표되었고 4편의 논문이 submit 중이며 앞으로 더 논문이 submit될예정이다. 화학 분야의 중요한 목표중의 하나인 우수한 촉매개발에서부터 미래지향적인 나노화학의 개념정립뿐만 아니라 재료과학 분야의 궁극적 목표중 하나인 이상적인 기능성 박막합성에 이르기까지 여러 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대되며 따라서 본 연구는 재료화학 분야 연구에 기존 방법론의 한계를 극복할 수 있는 가능성을 제시하는 중요한 의의를 가지며 또한 새로운 방법론을 정립하는데 기여할 것이다.

Abstract ▼

This research will be focused on the design and synthesis of following new family of porous materials which are different from existing zeolite or silicate mesoporous materials:
1. non-oxidic porous materials consisting of main group elements with transition metals framework
2. porous material

This research will be focused on the design and synthesis of following new family of porous materials which are different from existing zeolite or silicate mesoporous materials:
1. non-oxidic porous materials consisting of main group elements with transition metals framework
2. porous materials with organic/inorganic hybrid networks
3. porous oxidic materials with catalytic functions
The project is to focus on the preparation and properties of new MOF using versatile organics or organometallics, which is highly porous and stable at room temperature. Last three years we tried to design, synthesize and characterize many MOFs including $Zn_4(O)(TCA)_2$, $Zn_4(O)(TTA)(DMA)$, $Cd_2(MCPDC)_1.5(NO_3)(DMF)_3$, $Zn_6O_2(FDCA)_5(H2O)(DMF)$ and $Zn_8(O)_4(FDCA)_6$,/tex>.
The new mesoprous titania with a hexagonal pore array like MCM-41 was synthesized with a novel Ti precursor in citrate series, while the highly ordered layered titania was formed with Ti precursor in oxalate series. Several $TiO_2$ nanoparticles in the range of 4-25 nm were synthesized, and these were used for the fabrication of transparent porous films. We also studied the effect of pore size on the photocatalytic activity of the porous films.
We have published triphenyl amine and its dendrimer MOFs, $Zn_4(O)(TCA)_2$ and $Zn_4(O)(TTA)(DMA)$, in Angew. Chem. Int. Ed. and J. Am. Chem. Soc., respectively, and chiral ligand MOF, $Cd_2(MCPDC)_1.5(NO_3)(DMF)_3$ in BKCS.
From the alkali metal halide flux and the hydrothermal synthetic method, we have synthesized non-oxidic low-dimensional porous compounds and structurally characterized with single crystal X-ray diffraction technique. For these compounds, electronic band structure calculations, solid state UV/Vis spectroscopy, and conductivity measurement were carried out.
In this research project, we have synthesized various non-oxidic low-dimensional porous compounds, such as $Cs_2ZrGe_6S_15$, $TiV_2Te_4$, $ACrPS_5$ (A = Rb,Cs), $RbCu_3S_2$, $RbNb_2PS_10$, and $Nb_1+xV_1-xS5_(x=0.18)$, with the alkali metal halide flux and the hydrothermal synthetic method. These compounds were characterized by computational calculations and various analytical equipments.
As the result of this research 20 papers are published, 4 papers are submitted and more papers will be submitted.
The results obtained from this research will provide the basic knowledges for future nanotechnology, novel catalyst developments and ideally well-functioning thin film and self assembly layers. Our research will contribute to provide new break through for existing functional materials and their application methods.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...8
• 3. 결과 및 고찰...23
• 4. 결론...57
• 5. 인용문헌...60