보고서 정보
주관연구기관 |
인하대학교 InHa University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2013-04 |
과제시작연도 |
2012 |
주관부처 |
교육과학기술부 Ministry of Education and Science Technology(MEST) |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO201300034342 |
과제고유번호 |
1345172850 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2013-12-21
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키워드 |
유기금속 구조체.유기 리간드.기능화.액상정밀화학반응.산화/수소화 반응.루이스 산.열용매합성법.MOF 대량 생산.초음파 합성법.metal organic frameworks.ligand.post-synthetic functionalization.fine chemicals.oxidation/hydrogenation.Lewis acid.solvothermal synthesis.scale-up synthesis.sonochemical synthesis.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201300034342 |
초록
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연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 전이금속 전구체와 기능화된 유기 리간드를 선택/조합하여 다양한 MOF계 물질들을 합성하고, 물성조사를 수행한 다음, 이들을 대표적인 정밀화학 촉매 반응에 적용하여, 활성 및 선택성이 기존 촉매보다 향상된 새로운 촉매계를 제안하고자 하였다. 이러한 목표로 (1) 높은 안정성을 갖는 MOF 구조체의 합성, (2) 후 처리 공정에 의한 MOF의 기능화, 그리고 (3) 산화, 수소화, 루이스 산/염기 및 C-C 커플링 반응 등 액상 반응 실험을 수행하여 MOF의 미세구조가 반응성과 선택성에 미치는
연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 전이금속 전구체와 기능화된 유기 리간드를 선택/조합하여 다양한 MOF계 물질들을 합성하고, 물성조사를 수행한 다음, 이들을 대표적인 정밀화학 촉매 반응에 적용하여, 활성 및 선택성이 기존 촉매보다 향상된 새로운 촉매계를 제안하고자 하였다. 이러한 목표로 (1) 높은 안정성을 갖는 MOF 구조체의 합성, (2) 후 처리 공정에 의한 MOF의 기능화, 그리고 (3) 산화, 수소화, 루이스 산/염기 및 C-C 커플링 반응 등 액상 반응 실험을 수행하여 MOF의 미세구조가 반응성과 선택성에 미치는 영향 평가 등을 조사하였다.
연구결과
1차년도 (2010):
- MOF 촉매의 합성 및 screening: Cu, Cr, Zn(금속)과 carboxylate계 리간드 활용.
- 표준 용매열합성(solvothermal)과 마이크로파/초음파 합성법 비교 및 MOF 물성 최적화를 위한 분리/정제 방법 도출.
- bis-pyridinecarboxylic acid 및 2,5-pyridinedicarboxylic acid를 유기 리간드로 사용하는 MOF 촉매 제조 및 정밀화학 반응 특성 조사.
2차년도 (2011):
- 전이금속 함유 MOF 촉매의 루이스 산 및 액상 산화 촉매 반응 연구.
- 아미노 기능화 MOF-5 (IRMOF-3)합성 및 이를 이용한 Mn 고정화 촉매 제조 및 올레핀의 epoxidation 반응.
- MOF의 수분 및 기타 흡착 물성 특성 조사
3차년도(2012):
- 초음파를 이용한 ZIF-8 및 COF-1 구조체 합성과 1 리터 규모 합성 scale-up.
- Pd 담지 MIL-101 촉매의 제조 및 산화, 수소화, C-C coupling 반응 특성 조사.
- MOF 구조체들의 아민 기능화 및 이들을 이용한 액상 CO2 cycloaddition 반응 연구.
- Redox 반응성이 있는 Ti, 및 Zr의 MOF 구조 내 치환 및 산화탈황과 cycloaddition 반응 연구.
연구결과의 활용계획
초음파를 이용한 새로운 MOF 촉매 합성법을 제안하였고, 합성한 MOF 구조체를 다양한 촉매 반응에 대하여 포괄적으로 검토함으로서 국내 MOF 촉매 연구에 기반을 수립하였다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 비표면적이 높은 MOF 물질을 재생성 있게 높은 수율로 제조하는 대량 합성 방법과 최적화를 추진하고, 차후 공업화가 가능한 MOF 활용연구로서 CO2 전환 반응과 바이오 원료물질의 액상 개질 반응 및 환경적 응용을 고려해 보고자 한다. 본 연구 주제는 실용화에 대한 연구가 전 세계적으로 시작 단계에 있으므로 투자 대비 큰 효과가 기대되며, 유기/무기 합성, 물성조사, 및 액상 반응 연구를 모두 다루는 포괄적 주제이므로 우수한 연구 인력 양성에도 큰 효과가 예상된다.
Abstract
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Purpose& contents
The aim of this work is to propose new MOF-based catalysts with improved catalytic activity and selectivity for various fine chemicals synthesis reactions involving oxidation, acid-catalyzed reaction and C-C coupling etc. For this purpose, various transition metal precursors and
Purpose& contents
The aim of this work is to propose new MOF-based catalysts with improved catalytic activity and selectivity for various fine chemicals synthesis reactions involving oxidation, acid-catalyzed reaction and C-C coupling etc. For this purpose, various transition metal precursors and newly designed organic ligands, in conjunction with post-synthetic functionalization will be conducted to make high performance MOF catalysts.
Result
1st year (2010):
- Standard MOF catalyst synthesis and general screening : employing Cu, Cr and Zn clusters as node and bdc (benzene dicarboxylate) with various functional groups as ligand strut.
- Solvothermal and microwave/sonochemical synthesis of MOFs including investigations on product purification/activation protocols.
- New MOFs utilizing bis-pyridinecarboxylic acid or 2,5-pyridinedicarboxylic acid as ligand species, and their application as a heterogeneous catalyst to model organic synthesis reactions.
2nd year (2011):
- Lewis acid and oxidation reactions over transition metal-containing standard MOF catalysts.
- Olefin epoxidation reaction using Mn-immobilized IRMOF-3 catalysts preparation via post-synthetic functionalization of a specified organic ligand.
- Adsorption properties, i.e. CO2 and water vapor, were investigated on MOFs 3rd year (2012):
- Sonochemical synthesis of ZIF-8 and COF-1 structures, and synthesis scale-up in 1-L batch.
- Oxidation, hydrogenation, and C-C coupling reactions over Pd-immoilized MIL-101 catalyst prepared via post-synthetic modification.
- Preparation of amine-functionalized MOF catalysts and their catalytic application in liquid-phase CO2 cycloaddition reaction.
- Synthesis of Ti and Zr incorporated MOF catalysts, and their catalytic application in oxidative desulfurization and CO2 cycloaddition reaction.
Expected Contribution
This work is meaningful in that a series of stable and catalytically active/selective MOFs were synthesized via an efficient sonochemical synthesis method, and tested in various organic synthesis reactions for critical evaluation of their performances. This work involves organic/inorganic synthesis, characterization, and catalytic experiments, which can serve as useful educational tools to train graduate students.
목차 Contents
- 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
- 목 차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 50
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 51
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 52
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 53
- 8. 참고문헌 ... 54
- 9. 연구성과 ... 55
- 10. 기타사항 ... 57
- [별첨1] 대표연구성과 ... 58
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