초록 ▼

Nanocarbon 종류인, C₆₀, C₇₀그리고 carbon nanotubes (CNTs)와 같은 Fullerenes는 재료나 전자 기술에 대한 응용에 있어서 매우 유망한 가치를 지니고 있다. 이 물질들은 현재에도 이용가능하지만, 유기 용매에 대한 낮은 용해도로 인해 용액-상 공정이 어려워 넓은 범위에 이용될 수 없었다. 특히 CNTs의 경우, 단단한 덩어리로 응집하여 용매에 전혀 녹지 않아 효율적인 공정이 어려웠다. 더욱이, CNTs은 직경과 길이 그리고 중요한 전자적인 성질 조건들에 의한

Nanocarbon 종류인, C₆₀, C₇₀그리고 carbon nanotubes (CNTs)와 같은 Fullerenes는 재료나 전자 기술에 대한 응용에 있어서 매우 유망한 가치를 지니고 있다. 이 물질들은 현재에도 이용가능하지만, 유기 용매에 대한 낮은 용해도로 인해 용액-상 공정이 어려워 넓은 범위에 이용될 수 없었다. 특히 CNTs의 경우, 단단한 덩어리로 응집하여 용매에 전혀 녹지 않아 효율적인 공정이 어려웠다. 더욱이, CNTs은 직경과 길이 그리고 중요한 전자적인 성질 조건들에 의한 혼합물로 얻어진다. 본 연구의 목표는 nanocarbon, 즉 C₆₀, C₇₀, 그리고 carbon nanotubes와 같은 fullerenes을 작용화(functionalization)시키는 새로운 반응의 개발이었다. 이 새로운 반응들은 위 물질들의 가용화를 촉진시켜 용매-상 공정의 용이성을 높일 것이다. 그리고 이 공정 후 본래의 nanocarbons로 되돌아갈 수 있는 가역적인 반응을 통해 혼합된 samples에서 carbon nanotube를 선택적으로 추출 할 것이다. 이 반응들의 흥미로운 공통점은 본 연구의 목표인 안정한 carbenes과 nanocarbons 사이의 가역적인 adduct를 형성한다는 것이다.

연구를 통해 4-, 5- 위치에 alkyl chain을 갖는 N-Heterocyclic carbenes (NHCs) 이 fullerenes과 반응하여 일반적인 유기용매에 용해도가 높은 adduct를 형성하는 것을 밝혀냈다. 이러한 NHCs의 precursors의 합성과정을 개선하고 scale을 높이는데 노력하여, 바라던 imidazolium salt를 10g 이상 준비할 수 있었다. 이 NHCs는 C₆₀, C₇₀와 반응하여 THF(>10mg/mL), chloroform(>50mg/mL)과 같은 일반적인 유기용매에 용해도가 높은 NHC-fullerene adduct를 형성했다. NHCs와 fullerenes 사이의 single adducts 이외에도, adducts의 가용성을 이용한 multiple NHC와 하나의 C₆₀또는 C₇₀사이의 adduct 형성이 가능함을 관찰했다.

연구를 통해 용해도를 높인 carbene-fullerene adduct 형성의 가역성을 규명했다. Adduct 형성의 역반응은 120℃ 이상의 sealed-tube 안 NHC-C₆₀ adduct의 열분해에 의해 생성된 C₆₀를 통해 확인할 수 있었다. 또 한, 이 역반응이 Brønsted 산에 의해 촉진된다는 것을 알아냈다.

용해도를 높이는 작용화(functionalization) 반응은 single-walled CNTs에도 적용되어 온화한 조건에서 NHC-CNTs adduct가 THF에 용해되는(또는 안정한 분산) 결과가 나타났다. 이 선택적인 작용화(functionalization)에 의해 NHC이 과량으로 존재할 때 ~50% 이하의 CNT sample이 가용화 된다. 그러나 이 mechanism은 몇몇 종류의 CNTs의 가용화를 가능하게 하지만, 다른 종류에 대해서는 그렇지 않았다.

본 연구를 통해 개발된 NHCs와 nanocarbons 사이의 가역적인 adduct 형성은 이러한 화합물들의 공정과/또는 분리 방법의 기초로 이용될 수 있다.
(출처:요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 6
• 끝페이지 ... 9