GaN 나노선 광촉매를 사용한 메탄에서 벤젠의 생성

전문가 제언

메탄은 C-H 결합의 낮은 반응성 때문에 올레핀이나 방향족 화합물로 변환하기가 쉽지 않다. 메탄에서 벤젠을 합성하는 반응(6CH4 → C6H6 + 9H2)은 매우 큰 양(+)의 깁스 자유에너지(ΔG(298K)=+434kJ·mol-1)가 필요하여 통상의 촉매를 사용할 때는 높은 온도(>500℃)가 필요하다. 광 에너지를 사용하는 메탄의 짝지음 반응도 시도되었으나 전환율이 낮고 방향족 화합물은 생성하지 못하고 있다.

 

GaN은 III족 질소화물로서 띠 간격이 상온에서 ~3.4eV이며 다른 원소를 포함하면 태양광의 전범위로 조율할 수 있다. 금속산화물 반도체와 비교하면, n-, p-형 도핑과 큰 화학안정성 때문에 가혹한 반응조건에서도 안정하며, 나노선(NW)은 부피 대비 큰 표면적을 가지고 있어서 GaN NW는 메탄에서 벤젠을 생성하는 탈수소방향족화 반응에서 활성이 크고 선택성이 높다.

 

질소농도가 높은 조건에서 플라스마 분자살 적층(MBE)법으로 길이 800nm의 GaN NW를 실리콘 (111) 기질에 합성하였다. SEM, TEM 및 전자회절 등으로 관찰한 결과, 합성된 GaN NW는 단면이 육각이고 수직으로 서 있는 모양이며, 위는 c-면이고 옆은 m-면으로 구성되면서 c-방향으로 자란 섬유아연광(wurtzite) 단결정임을 보인다. 상온에서 광 발광 스펙트럼(PL)은 띠 간격 3.4 eV에 해당하는 365nm에서 강한 봉우리를 보인다.

저자

Lu Li, Shizhao Fan, Xiaoyue Mu, Zetian Mi, and Chao-Jun Li

자료유형

연구단신

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2014

권(호)

136()

잡지명

Journal of the American Chemical Society

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

7793~7796

분석자

어*선

분석물

• GaN 나노선 광촉매를 사용한 메탄에서 벤젠의 생성.pdf [255,642 byte]

이미지변환중입니다.