• 멤브레인
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• 제28권2호
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• pp.129-135
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• 2018

ZIFs (Zeolitic imdazolate frameworks)은 높은 화학적 열적 안정성, 높은 비표면적과 조절 가능한 기공구조로 최근 분리막 소재로 큰 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 두 가지 종류의 다공성 지지체(${\alpha}$-alumina 및 YSZ)를 사용하여 in situ 성장법으로 ZIF-8 분리막을 합성하고, $H_2/CO_2$ 기체 투과 특성을 조사하였다. 결함 없는 ZIF-8층을 합성하는데 있어, 기공이 작은 YSZ 지지체는 ${\alpha}$-alumina 지지체 보다 더 적은 시간이 요구되었다. 합성시간이 3 h인 경우, ${\alpha}$-alumina 및 YSZ 지지체위에 형성된 ZIF-8 분리막은 약 10 정도의 $H_2/CO_2$ 선택도를 보였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.106-106
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• 2017

가스센서는 사내 및 산업 환경에서의 유독성 또는 폭발성 가스 검출, 환경 모니터링, 질병 진단 등 매우 다양한 응용분야에서 큰 관심을 가지고 있다. 반도체 금속산화물(SMOs) 기반의 센서 분야에서는 이들의 감도 및 선택성을 향상시키기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 이는 센서의 선택성을 부여하게 되면 다양한 가스들이 존재하는 환경에서도 검출자가 원하는 가스만의 응답을 얻을 수 있기 때문이다. 본 연구에서는 MOF(Metal-Organic Framwork) 기반 멤브레인으로 ZIF-8(Zeolitic Imidazolate Frameworks 구조들 중 하나) 멤브레인 쉘 층을 이용하여 ZnO 나노선에 형성하였다. ZnO 나노선은 VLS공정 (Vapor-Liquid-Solid)을 이용하여 패턴된 전극을 갖는 $SiO_2$-grown Si 웨이퍼 상에 성장되었고, 성장된 ZnO 나노선은 2-methyl imidazole과 methanol이 포함된 고용체에 넣고 폐쇄된 압력용기 속에서 가열시켜 얻게 된다. 이렇게 얻어진 ZIF-8@ZnO 나노선의 ZIF-8 멤브레인은 분자 체 구조(molecular sieving structure)를 갖게 되며, 이들의 pore 크기는 약 $3.4{\AA}$을 갖는다. 따라서 이보다 더 큰 동적 직경을(kinetic diameter) 갖는 가스 종은 이 멤브레인을 통과할 수 없음을 나타내므로 제작된 시편은 $H_2$(kinetic diameter : $2.89{\AA}$), $C_7H_8$(kinetic diameter : $5.92{\AA}$), 그리고 $C_6H_6$(kinetic diameter : $5.27{\AA}$) 가스들을 각각 사용함으로써 ZIF-8@ZnO 나노선의 센서 특성을 조사했으며, 보다 정확한 비교를 위해 순수한 ZnO 나노선 역시 동일한 조건에서 측정되었다. 결과를 통해, 수소 가스를 제외한 다른 가스들에 대해서는 반응을 하지 않고, 오직 수소 가스에 대해서만 반응을 나타냈으며, 순수 ZnO 나노선의 수소 감응도보다 낮은 감응도를 나타내었다. 이는 멤브레인 쉘 층을 형성함으로써 ZnO 나노선의 표면적이 감소해 가스 분자와의 접촉점을 감소시키기 때문이라고 판단된다. 이와 같은 MOF 멤브레인의 캡슐화 전략은 가스센서뿐 아니라 바이오 센서 및 광촉매 등과 같은 이온 선택성을 필요로 하는 다양한 응용분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제31권11호
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• pp.3173-3179
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• 2010

New complex $[Mn(II)H_{1.5}L]_2[Mn(II)H_3L]_2(ClO_4)_5{\cdot}3H_2O$ (1), where $H_3L$ is tris {2-(4-imidazolyl)methyliminoethyl} amine (imtren), has been prepared by reacting manganese(II) perchlorate hexahydrate with the imtren ligand in methanol. X-ray crystallographic study revealed that the imtren ligand hexadentately binds to Mn(II) ion through the three Schiff-base imine N atoms and three imidazole N atoms with a distorted octahedral geometry, and the apical tertiary amine N atom of the ligand pseudo-coordinates to Mn(II), forming overall a pseudo-seven coordination environment. The hydrogen-bonds between imidazole and imidazolate of $[Mn(II)H_{1.5}L]^{0.5+}$ complex ions are extended to build a 2D puckered network with trigonal voids. $[Mn(II)H_3L]^{2+}$ complex ions constitutes another extended 2D puckered layer without hydrogen bonds. Two layers are wedged each other to constitute overall stack of the crystal. Peroxidase activity of complex 1 was examined by observing the oxidation of 2,2'-azinobis(3-ethylbenzothiazoline)-6-sulfonic acid (ABTS) with hydrogen peroxide in the presence of complex 1. Generation of $ABTS^{+{\cdot}}$ was observed by UV-vis and EPR spectroscopies, indicating that the complex 1, a fully-coordinated mononuclear Mn(II) complex with nitrogen-only ligand, has a heme-independent peroxidase activity.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제12권4호
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• pp.458-464
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• 2021

Lithium ion batteries (LIBs) is a kind of rechargeable secondary battery, developed from lithium battery, lithium ions move between the positive and negative electrodes to realize the charging and discharging of external circuits. Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) are porous crystalline materials in which organic imidazole esters are cross-linked to transition metals to form a framework structure. In this article, ZIF-67 is used as a sacrificial template to prepare nano porous carbon (NPC) coated cobalt nanoparticles. The final product Co/NPC composites with complete structure, regular morphology and uniform size were obtained by this method. The conductive network of cobalt and nitrogen doped carbon can shorten the lithium ion transport path and present high conductivity. In addition, amorphous carbon has more pores that can be fully in contact with the electrolyte during charging and discharging. At the same time, it also reduces the volume expansion during the cycle and slows down the rate of capacity attenuation caused by structure collapse. Co/NPC composites first discharge specific capacity up to 3115 mA h/g, under the current density of 200 mA/g, circular 200 reversible capacity as high as 751.1 mA h/g, and the excellent rate and resistance performance. The experimental results show that the Co/NPC composite material improves the electrical conductivity and electrochemical properties of the electrode. The cobalt based ZIF-67 as the precursor has opened the way for the design of highly performance electrodes for energy storage and electrochemical catalysis.

• 공업화학
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• 제34권2호
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• pp.180-185
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• 2023

물의 전기 분해 효율을 향상시키기 위해 산소발생반응(OER)의 반응 속도를 가속화하며 고성능과 장기 안정성을 가진 OER 전기촉매 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 고효율의 OER 전기촉매를 합성하기 위해 중공 금속-유기골격체 (MOF)로부터 유도된 루테늄-코발트 산화물 촉매를 개발하였다. 합성된 촉매는 루테늄의 표면 노출을 증대시킴으로 낮은 Tafel 기울기와 10 mA/cm²의 전류밀도에서 386 mV의 낮은 과전위가 관찰되었다. 또한 상용 RuO₂ 촉매 대비 높은 질량 활성과 안정성을 보여, 귀금속 촉매를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

• 청정기술
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• 제22권1호
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• pp.35-44
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• 2016

본 연구에서는 이론화학 또는 분자모델링이라 불리는 계산화학을 기존에 연구된 촉매반응 실험결과를 해석하는 데 접목시켜 보았다. 온실효과의 주범인 이산화탄소를 에폭사이드와 반응을 통해 고정화하고 카보네이트를 생성하는 반응을 선택하였는데 이 반응은 활성화 에너지(55~59 kcal/mol)가 높아 촉매의 사용이 불가피하다. 많은 기존 연구들 중에 ZIF-90/ionic liquid immobilized ZIF-90 (IL-ZIF-90), polystyrene-supported quaternized ammonium salt, KI/KI-glycine, dimethylethanolamine (DMEA)를 촉매로 사용한 경우에 대해 반응의 각 단계를 계산하여 반응의 경로를 예측하고 단계별로 구한 에너지를 바탕으로 에너지도를 구성함으로써 실험결과를 열역학적으로 해석하였다. ZIF-90/IL-ZIF-90과 KI/KI-glycine의 경우는 실험적으로 후자들이 상대적으로 높은 수율을 얻었는데 계산 결과 활성화에너지가 낮아진 이유가 아니라 전자들의 경우 반응 중간체가 높은 에너지를 가져 반응물로 되돌아가는 역반응에 의해 정반응의 진행이 방해를 받은 것으로 밝혀졌다. DMEA를 촉매로 사용하였을 경우는 활성화 에너지를 ~42 kcal/mol로 낮춰줌으로써 금속이나 할로겐염 없이도 촉매의 활성이 잘 일어남을 증명하였다. 폴리스티렌(polystyrene)으로 지지된 quaternized 암모늄염 촉매의 경우 클러스터 가정을 사용하여 계산을 진행하였으며 암모늄염의 -NH기와 에폭사이드의 O 원자 사이의 상호작용의 가능성을 확인할 수 있는 반응경로를 제시하였다.

• 청정기술
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• 제19권4호
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• pp.370-378
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• 2013

본 논고에서는 가스 흡착 분리 산업에서 광범위하게 적용되고 있는 압력순환흡착(pressure swing adsorption, PSA) 기술의 전형적인 흡착조건인 $15{\sim}40^{\circ}C$의 온도와 4~6 bar의 압력에서 금속-유기 골격체(metal-organic frameworks, MOF)와 제올라이트 이미다졸레이트 골격체(zeolite imidazolate frameworks, ZIF)의 $CO_2$ 흡착성능을 살펴보고 이들이 가지고 있는 장 단점을 분석해보고자 한다. $CO_2$는 $H_2$, CO, $N_2$ 및 $CH_4$와 같은 기체분자들에 비해 큰 분극률을 가지므로 동일한 세공크기라면 흡착제의 비표면적이 클수록 높은 흡착량을 보이며, $CO_2$의 분자크기($3.3{\AA}$)보다 큰 세공으로 이루어진 흡착제라면 상기 흡착조건에서의 $CO_2$ 흡착성능은 세공크기에 크게 영향을 받는다. MOF와 ZIF의 $CO_2$ 흡착성능은 이들의 골격을 이루는 금속과 유기 링커의 종류, 세공크기, 비표면적, 흡착조건(온도와 압력) 등에 따라 달라질 수 있지만, 특히 흡착압력의 영향이 절대적이다. 다시 말하면, $CO_2$의 흡착압력이 비슷할 경우 MOF와 ZIF의 $CO_2$ 흡착량에 미치는 상기 인자들의 영향은 비교적 작다. 15 bar 이상의 $CO_2$ 흡착압력에서 이 흡착제들이 수 십 mmol/g의 흡착성능을 나타낸다고 할지라도, 전형적인 PSA 공정조건에서 이들의 $CO_2$ 흡착성능은 제올라이트, 활성탄과 같은 벤치마크 흡착제들의 성능과 유사하거나 오히려 낮을 뿐만아니라, 이들의 가격은 벤치마크들에 비해 매우 높기 때문에 경제성 확보에 어려움이 있다.

• 공업화학
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• 제31권6호
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• pp.679-687
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• 2020

본 연구에서는 ZIF-8과 amine으로 개질된 ZIF-8 (amineZIF-8) 함량에 따른 PEBAX/ZIF-8-PEI, PEBAX/amineZIF-8-PEI 복합막을 제조하고, 각 복합막에 대해 N2와 CO2의 기체투과 성질을 조사하였다. PEBAX/ZIF-8-PEI 복합막의 N2와 CO2 투과도는 ZIF-8 함량이 증가할수록 증가하였고, CO2/N2 선택도는 점차 감소하였다. PEBAX/amineZIF-8-PEI 복합막의 경우 N2의 투과도는 소폭 감소하였고, CO2는 amineZIF-8 0.5 wt%까지 증가하다가 그 이후의 함량에서는 감소하였으며 CO2/N2 선택도는 amineZIF-8 0.5 wt%에서 78.3으로 가장 높은 선택도를 보였다. AmineZIF-8 0.5 wt%에서 CO2/N2 선택도가 가장 높은 이유는 amine 개질로 인해 PEBAX와 amineZIF-8 사이에서 서로 간의 호환성을 향상시켰고, amineZIF-8이 PEBAX 내에 고르게 분산되면서 다공성의 ZIF-8 효과와 CO2에 친화성이 있는 amine의 효과를 가장 크게 받았기 때문으로 보인다.

• 멤브레인
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• 제30권6호
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• pp.409-419
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• 2020

본 연구에서는 ZIF-8와 amine으로 개질된 ZIF-8 (amineZIF-8) 함량에 따른 PEBAX/ZIF-8, PEBAX/amineZIF-8 복합막을 제조하고, 각 복합막에 대해 N2와 CO2의 기체투과 성질을 조사하였다. N2와 CO2 투과도는 PEBAX/ZIF-8 복합막의 경우 ZIF-8 함량이 많아질수록 증가하였고, PEBAX/amineZIF-8 복합막의 경우 amineZIF-8 20 wt%까지 증가하다가 그 이상의 함량에서는 감소하였다. CO2/N2 이상 선택도는 PEBAX/ZIF-8과 PEBAX/amineZIF-8 복합막 모두 ZIF-8과 amineZIF-8의 함량 20 wt%까지는 증가하다가 그 이후 감소하였고, PEBAX/amineZIF-8 복합막의 경우는 감소폭이 적었다. AmineZIF-8 20 wt%에서 CO2/N2 이상 선택도가 가장 높았던 이유는 amine 개질로 PEBAX와 amineZIF-8 사이에서의 호환성을 높이고, amineZIF-8이 PEBAX 내에 고르게 분산되면서 3.4 Å 기공 크기를 갖고 있는 ZIF-8 효과와 CO2에 친화성이 있는 amine의 효과를 가장 크게 받았기 때문으로 보인다.