• 한국재료학회지
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• 제32권2호
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• pp.98-106
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• 2022

Metal-organic frameworks (MOFs) are widely used in various fields because they make it easy to control porous structures according to combinations of metal ions and organic linkers. In addition, ZIF (zeolitic imidazolate framework), a type of MOF, is made up of transition metal ions such as Co²⁺ or Zn²⁺ and linkers such as imidazole or imidazole derivatives. ZIF-67, composed of Co²⁺ and 2-methyl imidazole, exhibits both chemical stability and catalytic activity. Recently, due to increasing need for energy technology and carbon-neutral policies, catalysis applications have attracted tremendous research attention. Moreover, demand is increasing for material development in the electrocatalytic water splitting and metal-air battery fields; there is also a need for bifunctional catalysts capable of both oxidation/reduction reactions. This review summarizes recent progress of bifunctional catalysts for electrocatalytic water splitting and metal-air batteries using ZIF-67. In particular, the field is classified into areas of thermal decomposition, introduction of heterogeneous elements, and complex formation with carbon-based materials or polyacrylonitrile. This review also focuses on synthetic methods and performance evaluation.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제35권8호
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• pp.2419-2422
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• 2014

The syntheses and crystal structures of a three-dimensional (3D) coordination network $[Zn_4(2-mBIM)_5-(C_2H_6NCOO)(HCOO)({\mu}-OH)]{\cdot}DMF$ ($1{\cdot}$DMF; 2-mBIM = 2-methylbenzimidazolate) and a two-dimensional (2D) layer $[Zn_2(2-mBIM)_3(HCOO)(H_2O)]{\cdot}DMF$ ($2{\cdot}DMF$) are reported. Different structures were produced depending on the ratio of reactants. Structurally, 1 illustrates the formation of a unique framework based on a 2-mBIM bridge with the side group on an imidazole ring, while 2 possesses a honeycomb layer built up purely from imidazolates. For gas sorption, $CO_2$ is adsorbed on the activated phase of 1 but $N_2$ is not taken up.

• 공업화학
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• 제34권5호
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• pp.556-565
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• 2023

Fast industrial and agricultural expansion result in the production of heavy metal ions (HMIs). These are exceedingly hazardous to both humans and the environment, and the necessity to eliminate them from aqueous systems prompts the development of novel materials. In the present study, a UIO-66 (COOH)₂ metal-organic framework (MOF) containing free carboxylic acid groups was post-synthetically modified with L-glutamic acid via the solid-solid reaction route. Pristine and glutamic acid-treated MOF materials were characterized in detail using several physicochemical techniques. Single-ion batch adsorption studies of Pb(II) and Hg(II) ions were carried out using pristine as well as amino acid-modified MOFs. We further examined parameters that influence removal efficiency, such as the initial concentration and contact time. The bare MOF had a higher ion adsorption capacity for Pb(II) (261.87 mg/g) than for Hg(II) ions (10.54 mg/g) at an initial concentration of 150 ppm. In contrast, an increased Hg(II) ion adsorption capacity was observed for the glutamic acid-modified MOF (80.6 mg/g) as compared to the bare MOF. The Hg(II) ion adsorption capacity increased by almost 87% after modification with glutamic acid. Fitting results of isotherm and kinetic data models indicated that the adsorption of Pb(II) on both pristine and glutamic acid-modified MOFs was due to surface complexation of Pb(II) ions with available -COOH groups (pyromellitic acid). Adsorption of Hg(II) on the glutamic acid-modified MOF was attributed to chelation, in which glutamic acid grafted onto the surface of the MOF formed chelates with Hg(II) ions.

• 한국전기화학회:학술대회논문집
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• 한국전기화학회 2004년도 수소연료전지공동심포지움 2004논문집
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• pp.287-292
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• 2004

In order to understand the relationship between molecular structure of Metal-Organic Framework(MOF) and capacity of hydrogen absorption, quantum mechanical calculations and grand canonical Monte Carlo simulations have been carried out on a series of MOF-5 having various organic linkers. The calculation results about specific surface area and electron density for various frameworks indicated that the capacity of the hydrogen storage is largely dependent on effective surface area rather than the free volume. Based on the iso-electrostatic potential surface from density functional calculation and the amount of adsorbed hydrogens from grand canonical Monte Carlo calculation, it was also found that the electron localization ground organic linker plays an important role in hydrogen capacity of MOFs.

• 공업화학
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• 제20권2호
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• pp.117-125
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• 2009

차세대 청정 연료로 각광받고 있는 천연가스를 자동차 등의 이동원의 동력원으로 사용하기 위해 높은 에너지 밀도로 저장하는 것은 매우 중요하다. 특히 상온 및 과히 높지 않은 압력(35~40 기압)에서 흡착을 이용하여 천연가스를 저장(ANG)하는 것은 압축에 의한 CNG 및 냉각에 의한 LNG에 비해 경제적이고 안전하며 사용이 용이한 특성이 있다. 그러나 상업적으로 통용되기 위해 필요한 저장 용량을 얻을 수 있는 경제적인 흡착제가 현재 알려져 있지 않아 다양한 연구가 계속되고 있다. 최근에 많은 연구가 되고 있는 MOF (metal-organic frameworks)를 포함한 나노 세공체도 하나의 답이 될 수 있다. 본 총설에서는 ANG 밀도를 높이기 위해 필요한 흡착제의 물성과 상업적으로 적용하기 위해 요구되는 흡착제 물성에 대해 요약하였다. 높은 에너지 밀도를 위해서는 넓은 표면적, 큰 미세 세공 부피, 적당한 세공 크기 및 높은 밀도 등이 필요하고 낮은 흡탈착 에너지 및 빠른 흡탈착 속도가 요구된다. 또한 탈착시 상압에서 잔존하는 천연가스의 양이 적어 실제 활용할 수 있는 천연가스의 양(delivery)이 높아야 한다. 현재 매우 활발히 연구되고 있는 나노 세공체를 천연가스 저장물질로 적용하고자 하는 연구도 다양하게 이루어지고 있으며 이러한 물성을 만족하는 나노세공체가 개발되기를 기대한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권1호
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• pp.1-7
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• 2023

가스 분리 기술은 혼합 가스로부터 신재생에너지 자원 및 환경 오염 물질과 관련된 수소(H₂) 및 이산화탄소(CO₂)와 같은 주요 가스를 효과적으로 추출할 수 있기 때문에 매우 유용하다. 에너지 소비를 줄이기 위한 가스 분리 기술로서 분리막 공정과 흡착 공정이 널리 사용되고 있는데, 두 공정 모두 분리막과 흡착제의 역할을 하는 다공성 물질이 필요하다. 특히 다공성 물질의 한 종류인 금속-유기물 골격체(Metal-organic frameworks, MOFs)는 가스 흡착 및 분리를 목적으로 발전되었다. 그런데 MOF 구조의 수가 지속적으로 증가하고 있지만 시행착오 실험을 통해 우수한 MOF 기반의 분리막과 흡착제를 발견하는데 효율적이지 않다. 따라서 수소와 이산화탄소를 분리할 수 있는 고성능 다공성 물질의 발견을 가속화하기 위해 고속전산스크리닝(High-throughput computational screening) 기술이 등장하였고 현재까지 활용되고 있다. 본 리뷰에서는 다공성 물질에 대한 중요한 연구와 수소와 이산화탄소의 가스 분리에 초점을 맞춘 고속 전산스크리닝 기술을 소개한다.

• 한국재료학회지
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• 제33권10호
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• pp.377-384
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• 2023

Exploring earth-abundant, highly effective and stable electrocatalysts for electrochemical water splitting is urgent and essential to the development of hydrogen (H₂) energy technology. Iron-cobalt layered double hydroxide (FeCo-LDH) has been widely used as an electrocatalystfor OER due to its facile synthesis, tunable components, and low cost. However, LDH synthesized by the traditional hydrothermal method tends to easily agglomerate, resulting in an unstable structure that can change or dissolve in an alkaline solution. Therefore, studying the real active phase is highly significant in the design of electrochemical electrode materials. Here, metal-organic frameworks (MOFs) are used as template precursors to derive FeCo-LDH from different iron sources. Iron salts with different anions have a significant impact on the morphology and charge transfer properties of the resulting materials. FeCo-LDH synthesized from iron sulfate solution (FeCo-LDH-SO₄) exhibits a hybrid structure of nanosheets and nanowires, quite different from other electrocatalysts that were synthesized from iron chloride and iron nitrate solutions. The final FeCo-LDH-SO₄ had an overpotential of 247 mV with a low Tafel-slope of 60.6 mV dec^-1 at a current density of 10 mA cm^-2 and delivered a long-term stability of 40 h for the OER. This work provides an innovative and feasible strategy to construct efficient electrocatalysts.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제15권2호
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• pp.207-219
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• 2024

Metal-N-C (MNC) catalysts have been anticipated as promising candidates for oxygen reduction reaction (ORR) to achieve low-cost polymer electrolyte membrane fuel cells. The structure of the M-N_x moiety enabled a high catalytic activity that was not observed in previously reported transition metal nanoparticle-based catalysts. Despite progress in non-precious metal catalysts, the low density of active sites of MNCs, which resulted in lower single-cell performance than Pt/C, needs to be resolved for practical application. This review focused on the recent studies and methodologies aimed to overcome these limitations and develop an inexpensive catalyst with excellent activity and durability in an alkaline environment. It included the possibility of non-precious metals as active materials for ORR catalysts, starting from Co phthalocyanine as ORR catalyst and the development of methodologies (e.g., metal-coordinated N-containing polymers, metal-organic frameworks) to form active sites, M-N_x moieties. Thereafter, the motivation, procedures, and progress of the latest research on the design of catalyst morphology for improved mass transport ability and active site engineering that allowed the promoted ORR kinetics were discussed.

• 자원리싸이클링
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• 제32권6호
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• pp.45-53
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• 2023

본 연구에서는 축산 분야에서 배출되는 암모니아를 효과적으로 회수할 수 있는 흡착기술의 연구개발 동향 및 향후 전략에 대해 논의하였다. 적절한 암모니아 흡착제는 표면의 산성기나 수소결합기를 가지며 높은 비표면적과 암모니아 흡착에 적절한 표면구조를 지니어야 한다. 일반적인 암모니아 흡착제로는 활성탄이나 제올라이트 등의 광물질이 널리 쓰이나 대체로 흡착효과가 낮아 표면 개질 등을 통한 개선이 필요하다. 일례로 금속염화물이 다공성 흡착제에 포함되었을 때, 활성탄이나 제올라이트의 표면에 흡착 시보다 암모니아 흡착량이 더 증가하는 것으로 알려져 있다. 최근에는 MOFs (Metal-Organic Frameworks)나 POPs (Porous Organic Polymers) 같은 새로운 종류의 흡착제가 개발 및 적용되고 있으며 조절가능한 높은 비표면적과 다공성으로 매우 높은 암모니아 흡착용량을 보였다. 그 외에 프러시안 블루가 높은 암모니아 흡탈착성능 및 선택성을 보였는데. 이는 축산폐기물 배출 암모니아 회수에 관련하여 상대적으로 유리한 측면으로 보인다. 향후 다양한 흡착제를 이용, 축산현장에 맞는 조건에서 암모니아 흡탈착 효율 및 순도를 평가하는 연구가 더 활발히 진행되어야 할 것이다. 아울러 암모니아 회수를 극대화하기 위한 효과적인 전/후처리 공정도 병행되어야 한다.

• 멤브레인
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• 제33권4호
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• pp.149-157
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• 2023

공유 유기 프레임워크(COF)는 분자 분리, 염료 분리, 가스 분리, 여과 및 담수화를 포함한 다양한 응용 분야에서 가능성을 보여주었습니다. COF를 막에 통합하면 투과성, 선택성 및 안정성이 향상되어 분리 공정이 향상됩니다. 단일 벽 탄소 나노튜브(SWCNT)와 COF를 결합하면 염료 분리에 이상적인 높은 투과성과 안정성을 가진 나노 복합막을 생성합니다. COF를 폴리아미드(PA) 막에 통합하면 합성 계면 전략을 통해 투과성과 선택성이 향상됩니다. 혼합 매트릭스 막(MMM)의 3차원 COF 필러는 CO₂/CH₄ 분리를 향상시켜 바이오가스 업그레이드에 적합합니다. COF와 금속 유기 프레임워크(MOF) 막을 결합한 모든 나노 다공성 복합재(ANC) 막은 투과성-선택성 트레이드오프를 극복하여 가스 투과성을 크게 향상시킵니다. 가상 COF (hypoCOF)를 사용한 계산 시뮬레이션은 CO₂ 분리 및 H₂ 정제와 관련하여 우수한 CO₂ 선택성과 작업 능력을 입증합니다. 박막 복합재(TFC) 및 폴리술폰아미드(PSA) 막에 통합된 COF는 유기 오염물, 염 오염물 및 중금속 이온에 대한 거부 성능을 향상시켜 분리 능력을 향상시킵니다. TpPa-SO₃H/PAN 공유 유기 프레임워크 막(COFM)은 대전된 그룹을 활용하여 정전기적 반발을 통해 효율적인 담수화를 가능하게 함으로써 기존의 폴리아미드 막에 비해 우수한 담수화 성능을 보여 이온 및 분자 분리의 잠재력을 제시했습니다. 이러한 연구 결과는 투과성, 선택성 및 안정성을 향상시켜 향상된 분리 공정을 위한 막 기술에서 COF의 잠재력을 강조합니다. 이 검토에서는 분리 공정에 적용된 COF에 대해 논의합니다.