국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (Nomaguchi Yutaka의 회장) (이하 "AIST"라고 불리는) 유비쿼터스 에너지 연구 부서 [연구 부서 Kobayashi Tetsuhiko] 로투스 바카라 기능 합성 그룹 [연구 그룹 디렉터 Shimizu Hiroshi] XU 선임 연구원 및 Arad Aijaz JSPS는 새로운 방법을 사용해 왔습니다 초 화성 만들기금속 로투스 바카라 입자촉매Porosive배위 폴리머외부 표면의 응고없이모공균일하게 수정되었습니다
수소 저장 재료암모니아 보레인의 수소 생성 반응에서, 이번에 개발 된 기술을 사용하여 제조 된 금속 로투스 바카라 입자 촉매의 활성 및 내구성은 상당히 개선되었다 이 기술은 수소 에너지 학회의 실현에 기여할 것으로 예상되며, 금속 로투스 바카라 입자의 새로운 방법으로 태양 에너지 변환과 같은 광범위한 분야에도 적용될 것으로 예상됩니다
이 연구 결과는 2012 년 8 월 29 일에 발표되었습니다미국 화학 학회지, 134(34), 13926-13929 (2012)에 게시
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그림 1 초고속 조정 폴리머의 모공에 고정화 된 초고속 금속 로투스 바카라 입자 촉매 왼쪽 이미지는 배위 폴리머의 로투스 바카라 포어 구조를 보여줍니다 금속 로투스 바카라 입자의 기초를 형성하는 전구체는 수성 금속 염 용액으로서 배위 중합체의 로투스 바카라 포어에 도입된다 오른쪽 그림에서, 배위 중합체의 로투스 바카라 포르 내에서 고정화 된 금속 로투스 바카라 입자는 고도로 활성 촉매로서 작용하고 암모니아 보란 (NH3BH3라는 수소 저장 물질로부터의 수소 (H2)가 어떻게 꺼지는 지 보여줍니다 |
글로벌 환경 보존 문제모바일 장치의 폭발성 스프레드를 배경으로 깨끗하고 안전한 에너지 공급 시스템의 개발에 대한 사회적 요구가 그 어느 때보 다 증가했습니다 수소 (H2)는 에너지가 추출 된 후에는 "물"이기 때문에 환경 친화적이고 청정 에너지 일 것으로 예상됩니다 그러나 수소 에너지 사회를 실현하는 것은 수소를 저장하고 운송하는 데 있어야하는 주요 과제가 있습니다
액화 수소는 냉각되고 액화를 위해 많은 양의 에너지가 필요하며, 자연 증발은 장기 저장에서 주요한 문제입니다 수소 흡수 합금은 자동차와 같은 모바일 연료 전지에 수소를 공급할 때 체중 당 수소 밀도가 낮기 때문에 실제 사용에 문제가 있습니다 고압 가스 실린더는 자동차의 수소 저장 방법 일 것으로 예상되지만 안전 문제가 있으며 대규모 수소 운송 또는 소규모 모바일 장치에서는 사용하기가 어렵습니다 대조적으로, 화학 수소 저장은 화학 결합에 의한 것입니다Hydide10203_10370
AIST는 모바일 연료 전지를위한 고성능 수소 저장 재료를 연구하는 작업을 수행했으며, 수 소화물 암모니아 보란의 가수 분해에 의한 세계 최초의 수소 생성 반응을 처음 발견했습니다 그 이후로, 수소 생성의 효율을 향상시키기 위해이 회사는 수소 저장 재료로부터 고효율 수소 생성 촉매를 연구하고 개발하고 있습니다
이 연구 및 개발은 Pacific Northwest National Laboratory (PNNL)의 Tom 지출 박사의 협력과 경제 및 산업의 "일본-US 에너지 환경 기술 연구 및 표준화 협력 프로젝트 및 표준화 협력 프로젝트 (일본-US 청정 에너지 기술 협력)의 지원으로 수행되었습니다 2009
로투스 바카라 배위 폴리머는 금속 이온이며유기 리간드무한히 연결되고 정글 체육관과 유사한 구조를 가진 새로운 고체 재료입니다 (그림 1의 왼쪽) 최근 몇 년 동안 전 세계의 연구자들은 내부에 정기적으로 유용한 공간으로 정기 된 나노 미터 크기의 모공을 사용하여 광범위한 연구 및 개발을 개발해 왔습니다 로투스 바카라 배위 폴리머는 또한 금속 나노 입자 촉매를 고정시키기위한 재료로서 관심을 끌고있다
로투스 바카라 배위 폴리머에서 금속 나노 입자를 고정 시키려고 시도되었지만, 촉매로서 작용하는 금속 입자가 배위 중합체의 외부 표면에서 응집되고 더 커져서 촉매 반응에서 활성화되는 효과적인 금속의 작은 표면적을 초래하기 때문에 촉매 활성을 증가시킬 수없는 것과 같은 문제가 발생했다 매우 활성화되고 내구성이 높은 촉매를 실현하기 위해, 로투스 바카라 배위 중합체의 외부 표면을 응집하지 않고 금속 나노 입자를 나노 포어로 고정시키는 새로운 방법을 개발하는 것이 바람직하다
이번에는 친수성 용매와 소수성 용매를 사용하는 새로운 "disolvent 방법"을 사용하여, 우리는 외부 표면에 응집되지 않고 로투스 바카라 배위 중합체의 나노 포르 내에서 금속 나노 입자를 고정시키는 데 성공했습니다
이 연구에서 크롬 배위 중합체 CR은 직경 내부에서 29 nm 및 34 nm의 친수성 공동을 갖는 대표적인 로투스 바카라 배위 폴리머 중 하나이며, 공동 사이는 직경 12 nm 및 16 nm의 창으로 연결됩니다3F (H2O)2O [(O2C) C6H4(CO2)]3| 금속 나노 입자의 고정화 물질로 사용되었다 로투스 바카라 배위 중합체는 소수성 용매 (헥산) 및 촉매에 분산된다선구자염소화 백금 (H2ptcl6) 수용액 (친수성 용매) (친수성 용매)을 로투스 바카라 배위 중합체에서 전체 나노 포어 부피 미만으로 첨가하여 백금이 나노 포어에 완전히 포함될 수있게 하였다 투과 전자 현미경에 의한 관찰의 결과로, 이러한 방식으로 합성 된 샘플에서 백금 나노 입자가 로투스 바카라 배위 중합체의 외부 표면을 응집하지 않고 기공 내에서 완전히 고정화되었음을 확인 하였다 (도 2) 또한 이들 백금 나노 입자는 좁은 입자 크기 분포 (평균 입자 크기 19 nm)를 갖는 것으로 밝혀졌다 (도 3)
이 합성 방법과 종래의 방법 사이의 주요 차이점 중 하나는 수성 전구체 금속 염 용액 (친수성 용매)이 전체 나노 포어 부피보다 적은 양으로 사용된다는 것입니다 이것은 전구체 금속 염이 친수성 나노 포어에 완전히 포함되는 것을 방지했으며, 외부 표면상의 금속 입자의 응집은 피했다 이 합성 방법의 또 다른 중요한 점은 다량의 소수성 용매를 사용하는 것입니다 소량의 전구체 금속 염 용액은 완전히 고체 고체 로투스 바카라 배위 중합체 샘플을 침지시킬 수 없기 때문에, 다량의 소수성 용매가 동시에 용매 전체에 고체 배위 중합체 샘플을 분산시키기 위해 동시에 사용될 수 있으며, 소량의 전구체 금속 염 용액은 고체 배위 중합체 샘플 전체에 균일하게 분포 될 수있다
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그림 2 전달 전자 현미경 관찰 된 백금 나노 입자 촉매의 결과 로투스 바카라 배위 중합체에 고정 된 결과 백금 나노 입자는 검은 점으로 관찰되며, 로투스 바카라 배위 폴리머는 검은 점을 유지하는 회색 배경으로 관찰됩니다 백금 나노 입자는 배위 중합체 (29 nm 및 34 nm)의 기공 크기보다 작기 때문에, 외부 표면에 응집되지 않고 로투스 바카라 배위 중합체의 기공 내에서 완전히 고정된다 |
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그림 3 백금 로투스 바카라 입자의 입자 크기 분포 로투스 바카라 배위 폴리머의 기공 내에서 고정화 된 백금 나노 입자는 12 내지 28 nm의 좁은 영역에 분포되며, 입자 크기 분포 곡선 (빨간색 선)은 평균 입자 크기가 19 nm임을 보여준다 |
우리가 개발 한 로투스 바카라 배위 중합체 상에 고정화 된 백금 나노 입자 촉매가 고정화 될 때, 암모니아 보레인의 가수 분해 및 수소 생성 반응을 수행하는데 사용되었을 때, 수소 생성 속도는 현재까지 가장 활성 백금 촉매의 두 배나 높았다 또한 암모니아 보란이 열분해 및 수소 생성 반응 일 때 암모니아 (NH3)와 같은 휘발성 부산물이 관찰되지 않았으며, 수소가 더 낮은 온도에서 생성 될 수 있음이 밝혀졌습니다 또한, 반응 후에도, 백금 나노 입자는 로투스 바카라 배위 중합체의 기공 내에 유지되어 안정적인 촉매 활성을 유지하고 높은 내구성을 나타낸다
많은 배위 폴리머는 로투스 바카라뿐만 아니라 광 성질 및 자기와 같은 우수한 기능을 갖는다 플래티넘 나노 입자가 광 흡수 특성을 갖는 로투스 바카라 배위 중합체에 고정되고 햇빛을 사용하여 수소 생성을위한 광촉매로 사용되는보고가있다 "분해 방법"은 금속 나노 입자에 제한되지 않지만, 촉매뿐만 아니라 다양한 나노 입자를 로투스 바카라 배위 폴리머의 기공에 도입하고 고정시키는 효과적인 수단으로서 다양한 응용에서도 사용될 것으로 예상된다
앞으로, 우리는 "분해 방법"을 사용하여 로투스 바카라 배위 폴리머에 고정 된 금속 나노 입자 촉매를 계속 발전시킬 것이며 환경 및 에너지 기술에 적용될 수있는 재료로 개발할 것입니다
독립 행정 기관, 국립 선진 산업 과학 기술 연구소
Nanofunctional Synthesis Group, 유비쿼터스 에너지 연구 부서
최고 연구원 XU Qiang 이메일 : qxu * aistgojp ( @로 변경하고 보내십시오)