KIC News, Volume 16, No. 6, 2013
KIC News, Volume 16, No. 6, 2013 51
RIKEN, 기존의 수 만분의 1정도 양으로 기능하는 팔라듐 촉매 개발
- 대규모 화학 공장에서도 실용 가능한 촉매 -
일본 RIKEN(이화학연구소), JST(과학기술진흥기구), 규슈대학(九州大学)은 유기 태양전지 재료와 의약 품의 합성에 사용 가능하며 고효율 촉매 반응을 나타내는 ‘실리콘 나노와이어 어레이 담지 팔라듐 촉매’를 개발하는 데 성공했다. RIKEN 환경자원 과학연구센터 그린나노촉매연구팀의 야마다 요오이치(山田陽一) 부팀장, 우오즈미 야스히로(魚住泰広) 팀장, 규슈대학 카본뉴트럴에너지국제연구소(I2CNER)의 후지카와 시게노리(藤川茂紀) 교수 등의 연구 그룹에 의한 공동 성과이다.
촉매는 특정 화학 반응의 반응 속도를 높이는 물질로 다양한 화학제품 제조에 이용되고 있다. 촉매를 이 용하여 2개의 화학 물질을 선택적으로 결합시키는 ‘크로스 커플링’ 반응은 의약품 합성, 기능성 재료 합성, 석유 화학 제품 제조에 중요한 역할을 한다. 하지만 현재, 팔라듐을 촉매로 한 크로스 커플링에는 고가의 희소 금속인 팔라듐을 많이 사용하는 방법만이 확립되어 있다. 때문에 미량으로 기능하는 촉매가 개발되면 저비용화, 자원 절약화, 희소 금속에 대한 의존도 저하가 가능해 진다. 공동 연구진은 원료 1 mol에 대해 1 ppm 미만으로 기능하는 고정화 촉매 개발을 목표로 실리콘 나노와이어 어레이에 팔라듐 나노 입자를 고 정시킨 ‘실리콘 나노와이어 어레이 담지 팔라듐 촉매’를 개발했다. 실제로, 이 촉매를 사용하여 크로스 커 플링 반응 중 하나인 ‘Mizoroki-Heck reaction’을 실시한 결과, 기존의 수 만분의 1의 양에 상당하는 0.49 ppm로 반응이 진행되었다. 또 촉매 활성의 지표인 촉매 회전수도 200만 회에 달해 이 반응에 효과적인 고 정화 촉매로서 세계 최고 효율을 실현했다. 향후 촉매가 더욱 개량되면 대규모 화학 공장에서 실용 가능한 촉매가 될 것으로 기대된다.
본 연구의 일부는 JST 선도적 물질 변환 영역(ACT-C)으로서 진행되었으며 독일 과학지 Angewandte Chemie International Edition 온라인 판에 게재되었다(※ 발표논문 참조).
※ 발표논문: Y. M. A. Yamada, Y. Yuyama, T. Sato, S. Fujikawa, Y. Uozumi, “A Palladium- Nanoparticle and Silicon-Nanowire-Array Hybrid: A Platform for Catalytic Hetero- geneous Reactions”, Angewandte Chemie International Edition, 15 NOV 2013, DOI:
10.1002/anie.201308541 and 10.1002/ange.201308541
Figure. 실리콘 나노와이어 어레이 담지 팔라듐 촉매. 왼쪽 위: 실리콘 나노와이어 어레이 담지 팔라듐 촉매, 오른쪽 위: 촉매 일부의 주사형전자 현미경 사진. 다수의 실리콘 나노 와이어에 다수 의 팔라듐 나노 입자가 고정되어 있다. 아래: 팔 라듐 나노 입자의 투과형전자현미경 사진.
출처 : 2013.11.15 JST(http://www.jst.go.jp/pr/announce/20131115-2/index.html) 작성 : 소 대 섭(한국과학기술정보연구원)
