| 초록 |
□ 연구개요 이종합금의 시너지 효과를 통해 PdCu-산화철 촉매를 활용하고, 지속 가능한 바이오매스(biomass)인 탄수화물(carbohydrate)를 수소자원(hydrogen source)로 적용하여 알카인(alkyne)을 선택적으로 알켄(alkene)으로 수소화하는 반응을 개발한다. 외부 자석으로 회수가능한 산화철의 특성을 활용하여 재사용 가능한 촉매 시스템을 개발한다. □ 연구 목표대비 연구결과 먼저, 이종합금 PdCu-산화철 나노촉매를 합성하고, 촉매의 물리적, 화학적 특성을 다양한 분석 장비(SEM, TEM, STEM, XPS)를 활용하여서 규명하였다. PdCu-산화철 촉매와, 탄수화물을 수소자원으로 적용하여 다이페닐아세틸렌(DPA)를 cis-스틸벤(stilbene)으로 선택적으로 수소화하는 반응(semi-hydrogenation)의 연구를 진행하였다. 우선 Pd<sub>1</sub>Cu<sub>0.6</sub>-산화철 촉매하에 글루코스(glucose)를 수소원으로 활용할 수 있는 적합한 용매를 탐색한 결과, 단일 용매보다, 2-뷰탄온(butanone)과 물을 1:1로 혼합한 용매 조건에서 DPA의 변환율이 96%, 스틸벤(cis-stilbene)의 수율 72%로 증가함을 보였다. 위 조건에서 단일 나노촉매인 Pd-산화철 촉매와 Cu-산화철 촉매와의 반응성을 비교하였을 때, 이종합금 PdCu-산화철은 스틸벤에 대한 반응의 선택성이 가장 높았다. 외부 자석을 활용하여 PdCu-산화철 촉매를 4번 이상 재사용하였다. 단당류외에도 이당류(설탕) 다당류(녹말, 셀루로오스)등을 수소 자원으로 확장하여 DPA의 선택적인 스틸벤 반응에도 성공적으로 적용하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구는 값싸고, 지속 가능한 자원인 탄수화물을 외부 수소 (H<sub>2</sub>) 없이, 직접적인 수소원으로 활용하여 유기물의 수소화반응 개발에 적용하는 연구를 성공하였다. 특히, 탄수화물을 직접적인 수소자원으로 활용하는 것은, 화석연료를 통해 값비싼 수소(H<sub>2</sub>)를 얻는 것 보다 비용과 에너지 절감에서 큰 장점을 가진다. 선행연구에서는 글루코스를 수소원으로 활용한 수소화 반응이 균일 촉매 (homogenenos catalyst)에 한정되어 있었지만, 본 연구에서 개발한 이종합금 PdCu-산화철 촉매를 활용하여 불균일 촉매 (heterogeneous catalyst) 시스템으로 확장하였고, 산업적으로 적용할 수 있는 토대를 마련하였다. 글루코스, 설탕, 셀룰로오스까지 다양한 범위의 탄수화물을 수소자원으로 성공적으로 적용하였다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
