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I. Efficient and chemoselective reduction using recyclable iron oxide nanoparticles, II. Studies on the functionalization and catalytic reactions using Multi-wall Carbon Nanotubes
I. 산화철 나노 입자들을 이용한 효과적이고 선택적인 재사용 반응, II. 다중벽 탄소 나노튜브를 이용한 표면화와 촉매반응에 대한 연구

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Authors
김은석
Advisor
김병문
Major
자연과학대학 화학부
Issue Date
2014-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
Nanoparticleiron oxidehydrazinemagnetic separationnitro reductionolefin reductionMulti-walled carbon nanotubeHeterogeneous catalystRecyclingBimetallic catalyst
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 화학부, 2014. 8. 김병문.
Abstract
I. 산화철 나노 입자들을 이용한 효과적이고 선택적인 재사용 반응
나이트로와 올레핀 환원 반응은 유기 반응 중 가장 기본적이고 중요한 반응 중에 하나이다. 일반적으로 보통의 환원 반응조건은 불균일 촉매를 사용한다. 흔히 쓰는 불균일 촉매의 종류에는 팔라듐 착콜, 로디움 착콜, 플레티늄 착콜이나 라니 니켈등이 있고 보통 수소 기체를 통하여 환원 반응을 진행하게 된다. 이 연구는 그 동안 알려진 촉매와는 달리 산화철 나노입자를 사용하여 더 효율적인 반응에 대해 연구를 진행하였다. 특히 쉽게 구입할 수 있는 산화철 나노입자 촉매를 가지고 나이트로 환원 반응을 진행하였다. 하이드라진 수화물을 환원제로 사용하고 20 mol%의 산화철 나노 입자를 사용했을 때 반응이 가장 효율적으로 진행되었고 반응이 끝난 후에는 산화철 나노 입자의 자성을 이용하여 쉽게 분리해 낼 수 있었다. 분리해 낸 나노 입자를 세척한 후 반응에 재사용할 수 있었고 10번까지 반응성이 떨어지지 않는 높은 수득률을 얻을 수 있었으며 다른 부반응 생성물도 나타나지 않았다. 또한 일반적으로 환원 반응 하에서 깨지기 쉬운 할로젠, 에스터, 벤질과 같은 그룹들 존재 하에도 문제없이 나이트로 반응이 진행되는 것을 확인할 수 있었다. 게다가 같은 산화철 나노 촉매를 가지고 올레핀 그룹의 환원 반응도 진행할 수 있었고 역시 10번째까지 전혀 문제없이 올레핀 반응을 진행시킬 수 있었다. 이와 같은 산화철 나노 입자 촉매를 이용해 선택적이고 효율적인 새로운 촉매반응에 대해 연구할 수 있었다.

II.다중벽탄소나노튜브를이용한표면화와촉매반응에대한연구
탄소나노 튜브는 산업적으로 다양한 분야에 사용될 수 있다. 이를 위해서는 나노 튜브 표면에 원하는 작용기를 선택적으로 도입하는 것이 필요하다. 작용기를 도입하기 위한 방법으로 다이아조늄 염을 생성하여 도입하는 방법과 아자이드 화합물로부터 나이트린을 형성하여 나노 튜브 표면에 아지리딘을 형성하는 나이트린 반응 두 가지 방법을 주로 사용하였다. 그 중 특히 나이트린 반응을 이용한 방법은 탄소 나노 튜브의 물리적인 성질을 유지할 수 있어서 용이하다. 이와 같은 나이트린 반응을 이용하여 아민이나 하이드록시기, 카르복시기, 피리딘과 같은 형대의 작용기들을 도입할 수 있었다. 여기에 금속 염의 수용액과 환원제를 통해 환원하여 탄소 나노 튜브 유도체에 고정화를 시도하였다. 환원되는 금속의 환원 준위에 따라 팔라듐은 하이드라진, 플래티늄은 수소기체를 통해 금속 나노 입자들을 탄소 나노 튜브에 고정하였다. 완성된 팔라듐-탄소나노튜브는 Suzuki coupling 반응에 대해 좋은 반응성을 보였다. 반응이 끝난 후 필터하고 건조시켜 추가적인 재사용이 가능하였다. 팔라듐-탄소 나노튜브는 최소 7번째까지 반응성이 떨어지지 않고 사용이 가능하였다. 추가적으로 탄소 나노 튜브의 풍부한 전자 시스템을 이용하기 위한 산화 환원 반응을 시험해보기 위해 팔라듐 탄소 나노 튜브에 추가적으로 플래티늄 염 수용액을 통해 이원 금속 촉매 시스템을 개발하였다. 팔라듐-플래티늄 이원 금속 탄소 나노 튜브 촉매를 가지고 나이트로 환원 반응을 진행하였다. 팔라듐과 플래티늄 단일 금속 탄소 나노 촉매와는 달리 이원 금속 탄소 나노 튜브 촉매에서 훨씬 더 좋은 반응성을 보였다. 이와 같은 조건 하에서 다양한 나이트로 화합물들을 환원 시켜보았고 수소화 반응에서 쉽게 깨지기 쉬운 작용기를 가진 화합물들도 문제없이 환원 반응을 진행할 수 있었다. 추가적으로 같은 조건 하에서 올레핀 계열의 화합물들도 반응이 잘 진행되었다. 반응이 끝난 후 이원 금속 탄소 나노 튜브 촉매를 필터하여 건조한 후 재사용하였고, 10번까지 반응성이 떨어지지 않는 것을 확인하였다.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/125255
Files in This Item:
Appears in Collections:
College of Natural Sciences (자연과학대학)Dept. of Chemistry (화학부)Theses (Ph.D. / Sc.D._화학부)
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