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나노주조방법에 의한 복제 중형구조물질의 합성(Synthesis of replica mesostructures by the nanocasting strategy)

전문가 제언: □ 최근에 균일한 크기, 큰 표면적( ＞1500m2g-1), 비교적 좁은 범위의 기공크기(2~50nm) 및 큰 기공부피( ＞cm3 g-1)를 가진 중형기공의 탄소를 제조하는데 많은 노력을 경주해 오고 있다. 이런 물질은 초고용량 커패시터에서 에너지 저장, 연료전지에서 촉매 담체 및 액상에서의 부피가 큰 분자의 흡착 등의 실용적 응용에서 중요하다.

□ 위와 같은 특성을 가지는 탄소를 제조하는 좋은 방법은 중형구조물질인 실리카를 주형으로 사용하여 이의 역 복제로서 중형기공의 탄소를 얻을 수 있다. 최초로 MCM-48실리카 주형을 사용하여 규칙성 중형기공의 탄소인 CMK-1의 합성이 보고되었고, 계속하여 SBA-15실리카 주형을 사용하여 CMK-3가 합성되었다. 후에 HMS 또는 MSU-H와 같은 실리카 주형을 이용하여 다른 형태의 중형기공 탄소를 합성하였다. SBA-15기공 통로에 탄소 전구체를 부분적으로 채우고 합성하면 CMK-5탄소가 얻어지고 이는 연료전지 전극 촉매에 매우 유용하다. 특히 이들 물질에 귀금속 미세입자를 높은 분산도로 담지 시킨 촉매는 재래식 촉매에 비하여 상용에서 고가로 평가될 수 있다.

□ 1회의 첨착(탄소 전구체)-탄화주기로 제조된 탄소기공에 대해서는 CMK-3 또는 CMK-5로 단정적으로 기술할 수 없다. 이 경우 탄소의 중형기공성은 두 가진 다른 원천으로 구성되기 때문이다. 실리카 주형의 제거로부터 유래되는 기공이 있고, 또 다른 원천은 실리카 기공에 불완전하게 채워진 탄소 전구체로부터 유래된 탄소봉내에 밀폐된 기공이다. 이와 같은 탄소형태를 기술하기 위하여 CMK-3/5로 표기한다. 그러나 SBA-15실리카를 2회 첨착-탄화주기로 처리하여 얻은 탄소는 실리카 골격으로부터 유래된 기공만은 가지고 있다. SBA-15주형을 사용하는 합성온도를 90℃ 및 150℃로 변화시킬 경우, 실리카의 기공크기는 72~11.3nm로 조절가능하며 이로부터 얻어지는 탄소기공은 3.0~5.2nm로 조절될 수 있다.

□ 합성되는 탄소의 여러 가지 구조와 기공크기는 주형으로 사용한 중형구조물질 실리카의 형태 및 합성조건에 따라 달라지므로 원하는 탄소의 기공에 적절한 실리카 주형 및 공정조건의 선택이 아주 중요하다.

저자: Yang, HF; Zhao, DY
자료유형: 학술정보