4의 촉매 환원을 위한 레늄 나노구조를 갖는 이종 나노복합체 촉매

Jun 04, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 6228(2022) 이 기사 인용

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4-니트로페놀(4-NP)의 환원을 위한 안정적이고 효율적인 이종 나노촉매는 최근 몇 년 동안 많은 주목을 받고 있습니다. 이러한 맥락에서, 레늄 나노구조(ReNS)를 포함하는 새로운 고분자 나노복합체(pNC)의 생산을 위해 독특하고 효율적인 현장 접근 방식이 사용됩니다. 이러한 희귀 물질은 4-NP의 촉매 분해를 촉진하여 촉매 활성과 안정성을 향상시킵니다. 이러한 나노물질은 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR), 투과전자현미경(TEM), X선 분말 회절법(XRD)을 사용하여 분석되었습니다. 촉매 반응의 효율은 획득된 UV-Vis 스펙트럼을 기반으로 추정되었으며, 이를 통해 의사 1차 모델링을 사용하여 촉매 활성을 추정할 수 있었습니다. 적용된 방법은 고분자 매트릭스에 ReNS를 성공적으로 생산하고 효율적으로 로딩하는 결과를 가져왔습니다. 아미노산 기능은 환원 과정에서 주요한 역할을 했습니다. 또한, 1.1'-카르보닐 이미다졸에서 파생된 기능은 ReNS의 가용성을 향상시켜 11회의 후속 촉매 주기에 걸쳐 최대 속도 상수 0.29min-1로 4-NP의 90% 전환을 가져왔습니다. 이 효과는 pNC의 미량 Re(~5%)에도 불구하고 관찰되었으며, 이는 고분자 염기와 ReNSs 기반 촉매 사이의 시너지 효과를 시사합니다.

–NO2 그룹의 고유한 특성으로 인해 니트로방향족 화합물(NAR)은 정밀 화학 제품 제조를 위한 핵심 구성 요소 역할을 합니다. 이로 인해 NAR은 산업 규모로 사용되는 가장 큰 화학물질 그룹이 되었습니다1,2,3,4. 더욱이, 디젤 엔진의 배기가스에서도 매일 대량의 NAR이 검출됩니다. 국제암연구소(IARC)에 따르면 NAR은 폐암, 방광암, 췌장암 위험에 크게 기여하며, 이러한 중요한 폐기물 소스는 NAR을 주요 환경 및 건강 위험 중 하나로 만듭니다. 또한 요로계 및 신경 관련 암5,6.

NAR을 중화하는 가장 널리 사용되는 방법은 -NO2를 -NH2 그룹으로 직접 환원하는 것입니다. 방향족 아민(AMM)은 대규모 의약품 제조에 매우 중요하기 때문에 이러한 접근 방식은 매우 편리합니다7,8. 그러나 이것이 일어나기 위해서는 환원이 촉매가 필요하며, 따라서 금속 나노구조(NS)를 촉매로 적용하는 것이 특히 중요합니다9. NS를 사용하면 온화한 조건에서 NAR을 AAM으로 효과적으로 줄일 수 있습니다. 이는 NS의 나노촉매(NCat)를 가장 중요한 과학적 방향 중 하나로 만들었습니다[9, 10, 49]. 현재까지 NAR의 감소는 AuNS, AgNS, PtNS 및 PdNS를 포함한 다양한 NCat에 대해 테스트되었습니다. 이 연구를 바탕으로 PtNS와 PdNS는 특별하고 독특한 활동을 제공하여 미량의 NCat에서도 NAR을 완전히 감소시킵니다. 따라서 거의 알려지지 않은 나노물질(NM): 레늄 NS(ReNS)가 NAR 감소를 향한 NCat의 촉매 활성을 크게 향상시킬 것으로 예상됩니다. 문헌과 실제는 항공우주, 원자력, 석유화학 산업과 같은 분야에서 Re의 수많은 첨단 기술 응용을 제공합니다. Metallic Re는 상업용 휘발유의 옥탄가 증가뿐만 아니라 Fisher-Tropsh 및 암모니아 합성과 관련된 촉매 공정에 없어서는 안 될 요소입니다. 문헌은 또한 ReNS의 NCat가 4-니트로아닐린17, 니트로벤젠, 4-니트로페놀, 2-니트로아닐린, 2,4-디니트로페놀 및 2,4,6-트리니트로페놀18의 분해에서 PGM 촉매보다 성능이 우수하다는 것을 증명합니다. 이러한 맥락에서, 우리의 이전 연구에서 우리는 4-니트로페놀과 4-니트로아닐린의 환원을 향한 ReNS를 갖는 동종 및 이종 NCat의 우수한 촉매 활성을 밝혀냈습니다. 그러나 ReNS는 얻기가 어렵습니다. 전 세계 과학 문헌은 ReNS 생산에 대한 보고서를 몇 개만 제공합니다. 여기에는 Co-ReNS의 고온 주입 합성과 펄스 레이저 증착, 전착, 감마 방사선 및 화학 기상 증착 접근법을 사용한 ReNS 생산이 포함됩니다. 최근 우리는 Re 기반 NM 합성을 위한 두 가지 새로운 접근법을 제안했습니다. 여기에는 반응 방전 시스템의 적용과 음이온 교환 수지의 아미노 기능에 대한 환원 결합 흡착이 포함됩니다.