43(2)-15.fm

Size: px

Start display at page:

Download "43(2)-15.fm"

주환 궁
4 years ago
Views:

1 Korean Chem. Eng. Res., Vol. 43, No. 2, April, 2005, pp Fe-MCM-41 의제조, 물성조사및촉매적응용연구 윤상순 최정식 최형진 * 안화승 인하대학교공과대학화학공학과, * 고분자공학과 인천시남구용현동 253 (2004 년 9 월 22 일접수, 2004 년 12 월 10 일채택 ) Synthesis, Characterization, and Catalytic Applications of Fe-MCM-41 Sang Soon Yoon, Jung Sik Choi, Hyeong Jin Choi* and Wha Seung Ahn School of Chemical Engineering, *School of Polymer Engineering, Inha University, 253, Yonghyun-dong, Nam-gu, Incheon , Korea (Received 22 September 2004; accepted 10 December 2004) 요 약 실리카계메조물질인 MCM-41 의합성시 Fe 3+ 염을합성기질에직접도입하여구조내의 Si 를 Fe 로일부치환시킨 Fe-MCM-41(4 mol% Fe) 을합성하였다. XRD, N 2 흡착법, TEM 등으로합성한메조세공물질의구조적특성을조사하였으며, UV-Vis 및 FT-IR 등의분광분석을통하여철의상태를확인하였다. 촉매적활성연구를위하여과산화수소를산화제로이용한 phenol hydroxylation 을수행하였으며, 물을용매로반응온도 50 o C, phenol:h 2 O 2 =1:1 조건에서 ca. 60% 의전화율을얻었다. 또한, 구조중 Fe 활성점을이용한탄소나노튜브의성장가능성을확인하기위하여, 아세틸렌가스를탄소원으로사용한 thermal-cvd 반응기를이용하였으며, 다중벽탄소나노튜브를제조할수있었다. Abstract A Fe-containing mesoporous silica (Fe-MCM-41) in which part of Si in the framework was replaced by Fe(Si-O-Fe) has been successfully prepared using Fe 3+ salt by a direct synthesis route. Physical properties of the material were characterized by XRD, N 2 adsorption, SEM/TEM, UV-vis and FT-IR spectroscopies. Fe-MCM-41 exhibited high catalytic activity in phenol hydroxylation using H 2 O 2 as oxidant, giving phenol conversion of ca. 60% at 50 o C [phenol : H 2 O 2 = 1:1, water solvent]. Fe-MCM-41 was also applied to the growth of CNTs, utilizing a thermal-cvd reactor using acetylene gas, which demonstrated that multi-wall CNTs could be prepared efficiently using the Fe-MCM-41 catalyst. Key words: Mesoporous Silica, Fe-MCM-41, Phenol Hydroxylation, CVD, Carbon Nanotube 1. 서론 M41S군으로알려진새로운형태의메조세공물질인 MCM-41 (hexagonal), 48(cubic) 등은규칙적인세공경, 높은열적안정성, 넓은표면적그리고방향족유기분자들에대한흡착능등으로인해서많은관심이집중되고있다 [1-4]. 가장잘알려진육각형배열의메조세공을갖는 MCM-41은규칙적인메조세공구조와 Al 도입으로발생하는약산점을이용하여, 큰유기분자의정밀화학반응에유용하며, 이원기능촉매담체로도성능이우수한것으로보고되었다 [5]. 한편, 삼차원적기공이입방구조를이루고있는 MCM-48은제올라이트 A와유사한구조를갖으며서로독립적인두개의기공구조를지니는특징이있어반응물 / 생성물에대한확산저항이적으나, 합성이비교적어렵다고알려져있다. 이와같이양이온계면활성제를주형틀로이용하고염기분위기에서실리카를기본으로합 To whom correspondence should be addressed. whasahn@inha.ac.kr 성되는 M41S군뿐아니라, 공중합체 (block copolymer) 를주형물질로이용한 SBA계 [6], 중성조건에서합성되는 MSU계 [7], 미리제조된실리카를합성틀로이용한메조탄소물질인 CMK[8, 9] 계등다양한세공구조를지니는메조물질의합성연구결과가발표된바있다. 이와같은메조세공물질이지니는넓은표면적과큰세공부피는촉매적활성점인전이금속을구조내로포함하거나세공내외로의분산도를높이는데유리하며, 물질이동을원활하게함으로확산저항을최소화할수있다는장점을지니고있다. 이러한특성들로인하여실리카지지체구조내에산화 / 환원의촉매적활성을지니고있는 Ti, Co 및 Fe 등의전이금속을도입시키기위한연구가활발히진행되고있다 [10-13]. 또한, 최근에는나노크기의금속이나금속산화물입자를메조세공물질내에서형성시켜촉매로응용하는연구가활발히수행되고있으며, 메조실리카세공내부에형성시킨 Co 입자를환형유기화합물을생성하는 Pauson- Khand 반응에적용한경우수율 97% 이상에달하는우수한결과를나타내기도하였다 [14]. 215

2 216 윤상순 최정식 최형진 안화승 1:0.2:0.5:0.04로유지하였고, 염기분위기에서실리카및계면활성제를용해시킨후, 철염을가하고 150 o C에서 7일동안의수열합성과정을수행하였다. 이후상온까지냉각후증류수로수차례세척하여 ph 9를유지시킨다음 24시간동안상온건조하였다. 계면활성제를제거하기위하여 550 o C에서 5시간동안산소분위기에서소성하여 Fe-MCM-41을합성하였다. Scheme 1. Products of phenol hydroxylation reaction. 철을포함한분자체촉매들의물질은 H 2 O 2, N 2 O 등의산화제를이용한방향족화합물의산화반응의촉매로응용되며, 실용화가진행중에있다 [15-17]. Scheme 1에표시한바와같이, 페놀의수산화반응 [18-20] 으로생성되는카테콜, 히드로퀴논등은염료및의약품등의합성전구체로사용될뿐만아니라고분자중합방지제및산화방지제로서도응용되는산업적으로중요한물질이다. 회수가용이한불균일계촉매와부산물이발생하지않는과산화수소를산화제로이용하여제조하므로, 이러한수산화반응은친환경적인정밀화학반응이라할수있다 [21]. 또한, 최근에는 Fe가함유된촉매를탄소나노튜브의합성에적용하는연구도일부보고되고있다 [22-24]. 탄소나노튜브는그구조에따라다양한전기및기계적특성을보이기때문에전방방출디스플레이, 2차전지와연료전지, 극미세전자스위칭소자와초미세시스템, STM/AFM의팁, 고출력전기화학축전기등의다양한분야의응용이가능한것으로제시되고있다 [25-27]. 규칙적세공구조내에서형성된탄소나노튜브는균일한크기및방향성을갖게되므로실용적응용에대한기대가높다 [28]. 따라서 Si-O-Fe의결합을이루며메조구조의실리카골격내에철원자가포함되어있는상태의물질을이용한다면높은분산도의철이규칙적메조세공내에분포되어있는특성으로인하여, 균일입자직경의탄소나노튜브를합성할수있으리라생각할수있다. 본연구에서는메조세공물질의합성과정에서철을기질내로직접적인방법으로도입시켜철함유메조물질 (Fe-MCM-41) 을제조하였다. 물성분석을통하여메조세공물질의구조와형태, 철의상태등을조사하였으며액상산화반응촉매로서의특성을조사하고자 phenol hydroxylation 반응을수행하였다. 또한, catalytic thermal- CVD 반응기를이용하여탄소나노튜브의성장을위한합성촉매로서의응용가능성에대해서도조사하였다. 2. 실험 2-1. 촉매합성 CTMABr(cetyltrimethyl ammonium bromide, Aldrich) 을구조배향제로사용하였고, iron(iii) nitrate, fumed silica, sodium hydroxide를반응기질로사용하여, Yuan 등 [29] 의방법을참고로 Fe-MCM-41을합성하였다. 실리카원으로는 colloidal silica(ludox HS-40, 40 wt.%, Dupont) 와 fumed silica(cab-o-sil M5, Cabot) 를, 철원으로는 iron(iii) nitrate (Fe(NO 3 ) 3 9H 2 O, 98%, Aldrich) 를각각사용하였다. 철의함량이 4 mol% 를유지하도록합성기질의몰비는 SiO 2 : CTMABr : NaOH : Fe(NO 3 ) 3 = 2-2. 촉매의물성분석합성한 Fe-MCM-41의 X선회절분석은 X-ray diffractometer(phillips, PW 1,700, Target: CuKα, Filter:Ni) 를이용하여수행하였다. 표면적및평균세공경측정은전처리과정 (1.4 Pa. 이하의압력, 100 o C에서 1시간, 300 o C에서 3시간 ) 을거친후 Micromeretics ASAP 2,000 automatic analyzer를사용한질소흡착법을이용하였다. BET 분석으로시료의표면적을측정하였고 BJH(Barrett-Joyner-Halenda) 법으로세공크기분포를조사하였다. 메조물질내에서철의결합상태를확인하기위해 UV-Vis 분광학분석을수행하였으며 Varian Cary-3E double beam spectrometer로탈수시킨 SiO 2 를표준물질로하여 nm 범위에서흡광도를측정하였다. FT-IR spectrum(bomem MB104) 은시료를 KBr에압착시킨 wafer를만들어 500-1,400 cm 1 범위에서투과도를측정하였다. 또한, 세공및촉매의형태등을확인하기위해 TEM(Phillips, CM 200), SEM(Hitachi S-4200, S-4300) 을사용하였고철의함량분석을위해 SEM/EDS(Kevex/Hitachi S-4200) 장비를이용하였다 페놀수산화반응과산화수소를산화제로 phenol hydroxylation 반응을수행하였다. 반응기는환류냉각기를장착한 Chemistation PPS-2510(EYELA, CCA-1100) 을사용하였으며, 마그네틱바를이용하여동일한 rpm을유지하며교반하였다. 반응물의몰비가 1:1을유지하도록 5 mmol phenol(aldrich, 99+%) 과 5 mmol H 2 O 2 (Junsei, 35 wt.%) 을가하였으며 30 mg의촉매와 H 2 O를용매로 50 o C에서 3시간동안반응하였다. 반응생성물들은반응시간대별로샘플링하여불꽃이온화검출기 (FID) 와내경이 0.23 mm, 길이가 30 m인 DB-WAX(Agilent Tech.) 칼럼이장착된가스크로마토그래프 (HP 5890) 를사용하여분석하였다 탄소나노튜브의합성지름이 4cm인석영관이장착된가열로를이용한 catalytic thermal- CVD 방법으로탄소나노튜브합성을수행하였다. Fe-MCM g 을석영용기에올리고관형가열로의중앙부에위치시킨다. Ar 분위기에서 550 o C로승온시킨후 Ar 90, H 2 10 sccm을주입하여 1시간가량환원시킨다. 탄소원의분해를위해다시 700 로가열한후 Ar:H 2 : 탄화수소 =8:1:1로주입하여 10분간탄소나노튜브를합성하였다. 탄소원으로는아세틸렌가스 (C 2 H 2 ) 를사용하였고, 합성한탄소나노튜브는 SEM, TEM 등으로물성을분석하였다. 3. 결과및고찰 3-1. Fe-MCM-41의물성분석직접합성법으로제조한 Fe-MCM-41의 XRD 분석결과및질소흡착등온선을 Fig. 1에나타내었다. Fig. 1(a) 의 XRD 패턴에서는 화학공학제 43 권제 2 호 2005 년 4 월

Fe-MCM-41 의제조, 물성조사및촉매적응용연구 217 Fig. 2. Low(a) and high(b) resolution TEM images of Fe-MCM-41. Fig. 1. XRD patterns(a) and N 2 adsorption plot(b) of Fe-MCM-41.

550 o C의소성과정후내부의계면활성제를제거하면보다선명한 MCM-41 특성피크의형태를관찰할수있었다. Fig. 1(b) 에는질소흡착법에의한흡착등온선을나타내었다. 합성한물질은메조물질의특성을나타내는 IV 형태의흡착곡선을보였으며세공분포도에의한평균세공경의크기는 27-30 Å, BET 표면적 920 m 2 /g 그리고 BJH 방법으로세공부피를계산한결과 1.

세지점을취한 SEM-EDS 평균정량분석결과 ca. 4 mol % Fe를함유하고있었으며, Fig. 2(b) 의고배율 TEM 이미지에서도철은입자상태로는발견되지않아벽구조내에원자단위로분산되어있음을예측할수있었다. 또한, 이는합성시도입한철의양과일치 Fig. 3. FT-IR(a) and UV-Vis(b) spectra of Fe-MCM-41.

3 Fe-MCM-41 의제조, 물성조사및촉매적응용연구 217 Fig. 2. Low(a) and high(b) resolution TEM images of Fe-MCM-41. Fig. 1. XRD patterns(a) and N 2 adsorption plot(b) of Fe-MCM o 에서나타나는고품위 MCM-41의육각형세공구조를나타내는특성피크들을관찰할수있었다. (100) 면뿐만아니라 (110), (200), (211) 면을나타내는 2 theta 값에서도구조특성피크를확인할수있었으며, 이러한분석결과로부터 Fe 3+ 의철원소를부분적으로함유하고있으면서도전체적인메조세공구조를높은수준으로유지함을알수있다. 550 o C의소성과정후내부의계면활성제를제거하면보다선명한 MCM-41 특성피크의형태를관찰할수있었다. Fig. 1(b) 에는질소흡착법에의한흡착등온선을나타내었다. 합성한물질은메조물질의특성을나타내는 IV 형태의흡착곡선을보였으며세공분포도에의한평균세공경의크기는 Å, BET 표면적 920 m 2 /g 그리고 BJH 방법으로세공부피를계산한결과 1.07 cm 3 /g의값을나타내었다. 이러한값들은메조세공구조가잘발달되어있으며각각의세공배열이매우규칙적인고품위 MCM-41 의특성에해당한다 [2]. 합성한 Fe-MCM-41의실질적인세공형태를확인하기위하여 TEM 분석을수행하였으며결과를 Fig. 2에나타내었다. 합성한물질은 Fig. 2(a) 와같이세공의모양이나배열이매우규칙적임을알수있다. 세지점을취한 SEM-EDS 평균정량분석결과 ca. 4 mol % Fe를함유하고있었으며, Fig. 2(b) 의고배율 TEM 이미지에서도철은입자상태로는발견되지않아벽구조내에원자단위로분산되어있음을예측할수있었다. 또한, 이는합성시도입한철의양과일치 Fig. 3. FT-IR(a) and UV-Vis(b) spectra of Fe-MCM-41. 하므로전량에가까운철이구조내에도입되었음을알수있었다. Fig. 3(a) 는합성한 Fe-MCM-41의 FT-IR 분석을나타내고있다. 실리카내에서전이금속과의결합을나타내는 660 cm 1 와 960 cm 1 에서흡수스펙트럼을관찰할수있었으며이로써내에서 Si-O-M (M=Fe) 형태를지니고있다는사실을알수있었다 [29]. Fig. 3(b) 는 UV-Vis 분석결과로서열처리를하지않은소성전의물질은 350 nm 이하에서흡수밴드를나타냈으며소성처리한물질은 400 nm 이하에서흡수스펙트럼을보였다. 이러한사실은두물질모두철의상태가 FeO, Fe 2 O 3 또는 Fe 3 O 4 등의형태로완전산화된산화 Korean Chem. Eng. Res., Vol. 43, No. 2, April, 2005

4 218 윤상순 최정식 최형진 안화승 Fe-MCM-41 시료의경우메조실리카의구조적붕괴가진행되었다는사실을알수있었다. 한편, 동일한열처리에따른시료들의 UV-Vis 분광분석결과를 Fig. 4(b) 에각각나타내었다. 추출과정을거친 Fe-MCM-41(i) 은 Fig. 3(b) 의 as-synthesized Fe-MCM-41과비교하여거의위치변화가없는흡수밴드를보였으나, 450 o C(ii), 650 o C(iii) 에서소성한물질은이들에비하여 100 nm 정도장파장의흡수밴드를나타내었다. 850 o C(iv) 에서소성한물질은 700 nm 이하대부분의파장을흡수하였다. 따라서, 650 o C 이하에서계면활성제를제거하는경우에는일부철의위치및산화상태에영향을주며 850 o C과같은가혹한열처리조건에서는실리카구조내의철이구조밖으로빠져나와상당량산화물형태의철입자를형성하는것으로생각되었다. 이상의분석자료를바탕으로, 합성한 Fe-MCM-41은 4% 의철을함유하고있으면서도메조구조를확실히유지하고있었고, 벽구조내에서 Si-O-Fe의형태를취하고있으며또한 650 o C 이하의소성조건에서메조구조의안정성을유지하고있다고평가되었다. Fig. 4. XRD patterns(a) and UV-Vis spectrum(b) of calcined Fe-MCM- 41 at various temperatures. (i) solvent extracted with EtOH at 35 o C, (ii) calcined at 450 o C, (iii) calcined at 650 o C, (iv) calcined at 850 o C Phenol hydroxylation 반응특성합성한물질의촉매활성을확인하기위하여과산화수소를산화제로이용한 phenol hydroxylation 반응을수행하였다. 철이활성점으로작용하는 phenol 수산화반응은 Scheme 2에표시한바와같이 Fe 2+ 와 Fe 3+ 의전환에의해과산화수소가분해되어라디칼을생성한후페놀을공격하여카테콜과히드로퀴논으로반응이진행되는것으로해석할수있다. Fe-MCM-41의경우도이와대동소이한반응메커니즘을따르리라예상할수있다. Fig. 5(a) 에서볼수있듯이 50, 60 그리고 70 o C에서실험한결과, phenol 전화율의큰차이는볼수없었으나고온조건으로갈수록반응초기라디칼생성시간의감소로전체반응종결시간이줄어드는사실을관찰하였다. GC 분석에의하여카테콜과히드로퀴논및부산물로타르가생성된것을확인할수있었고 CAT:HQ의비는약 2:1로나타났다. 페놀 : 과산화수소 =1:1의몰비조건에서 ca. 60% 의 phenol 전화율을얻을수있었으며, 철의상태에따른반응성을조사하기위하여소성온도를달리한각각의시료로반응실험을하였다. Fig. 5(b) 를살펴보면 650 o C에서소성한물질은표준소성온도인 550 o C에서처 물입자를형성하지않고구조내에안정하게위치하고있음을보여주고있다 [18]. 그러나소성전의물질보다소성과정을거친물질의흡수파장이장파장쪽으로이동했다는사실은소성과정에서가해지는열에의하여일부의 Fe 3+ 가산소와결합하여 FeO x 상태로전환되었을가능성을내포하고있다. 이에대하여합성한물질을다양한온도조건에서열처리하여철의상태를조사하기위한추가실험을수행하였으며이에대한결과를 Fig. 4에나타내었다. 열처리를하지않고에탄올상에서계면활성제만을추출하여제거한시료와다양한온도에서의소성한 Fe-MCM-41의 X선회절분석결과를 Fig. 4(a) 에비교정리하였다. 추출 (i) 및 450, 650 o C 소성 (ii, iii) 을거친 Fe-MCM-41은선명한메조구조의주특성피크와 3 o 이상의고각에서나타내는 long range order 피크들을모두볼수있었으나 850 o C 소성물질 (iv) 은육각형구조에서나타나는고각의피크가보이지않았을뿐만아니라메조구조의주피크또한크기와형태가변형되었음을관찰하였다. 따라서 850 o C에서소성한 Scheme 2. Phenol hydroxylation reaction mechanism using Fe 2+ /Fe 3+ redox pair[20]. 화학공학제 43 권제 2 호 2005 년 4 월

Phenol conversion at different reaction temperature (a) and by Fe-MCM-41 calcined at different temperatures (b).

5 Fe-MCM-41 의제조, 물성조사및촉매적응용연구 219 Fig. 6. Low(a) and high (b) resolution TEM images of CNTs using Fe-MCM-41 catalyst. Fe-MCM-41과유사한 62% 의페놀전화율을나타냈으나, 동일조건에서 induction period 가약 60분으로 Fe-MCM-41보다 6배정도길게소요되었다. Fig. 5. Phenol conversion at different reaction temperature (a) and by Fe-MCM-41 calcined at different temperatures (b). Reaction conditions: water as a solvent, reaction temperature at 50 o C, phenol:h 2 O 2 =1:1 (mol ratio), reaction time for 3h, catalyst 30 mg. 리한 Fe-MCM-41과거의유사한반응성을보였으나 650 o C에서소성한물질에서는 550 o C 소성물질보다긴 induction period를관찰할수있었다. 그러나 850 o C의혹독한고온조건에서계면활성제를제거한물질은 ca. 12% 정도로매우낮은 phenol 전화율을나타내었는데이결과는앞에서언급한 XRD 및 UV-Vis 분광분석의결과로예상한바와같이메조세공구조뿐만아니라철의결합상태또한변화하였음을뒷받침해주고있다. 고온소성처리에의하여 Fe-MCM-41 내부의계면활성제만이제거된것아니라, 실리카벽에포함되어있던철원자들이구조의붕괴로인하여산소와결합하면서철산화물입자를형성한것으로예측할수있다. 이러한결과들로미루어보아고온으로열처리한시료의경우큰입자의산화물을형성하여촉매활성을잃은것으로판단할수있다. 한편, 위반응결과를티타늄함유제올라이트인 TS-1 촉매에의한페놀수산화반응과비교할때, Fe-MCM-41을이용한페놀수산화반응은라디칼의공격적인반응에의하여타르물질을생성시키고과산화수소의효율이상대적으로낮은문제가있으나, 낮은온도에서도반응이진행되고빠른시간안에반응이종결된다는이점을지니고있었고, 철함유제올라이트 Fe-silicalite 1(FeS-1) 과 3-3. 탄소나노튜브의합성석영관반응기를이용한 catalytic thermal-cvd 방법으로탄소나노튜브를합성하였으며, 합성한나노튜브의 TEM 이미지를 Fig. 6 에나타내었다. Fig. 6(a) 에서와같이 Fe-MCM-41의외부표면에다량의탄소나노튜브가형성되어있는모습을관찰할수있다. 이는세공내부뿐만아니라외벽에함유되어있는철의촉매작용에의한것임을알수있다. 튜브의형태와직경으로미루어볼때합성한탄소나노튜브는다중벽튜브임을알수있고이를확인하기위해벽의모습을확대하여 Fig. 6(b) 의고배율 TEM 분석으로확인하였다. 튜브벽을이루는탄소의구조는미세한그래핀면이여러층을형성하고있는모습을관찰할수있으며평균적인튜브의내경은대략 8 nm, 측정된벽의두께는 10 nm 정도를지니고있었다. 또한, 튜브의길이면에서도수마이크론이상의탄소나노튜브도관찰할수있었다. 일반적으로전이금속촉매를이용한탄소나노튜브의성장메커니즘은탄소원자가성장하는튜브끝에붙어있는금속촉매에용해되어밑으로이동하여나노튜브가성장한다는팁성장방식과증기상에서분해된탄소성분이촉매와탄소나노튜브사이로직접투입되어튜브가성장하면서촉매입자는그대로남아있고튜브의길이를증가시킨다는기부성장방법이있다 [30, 31]. 탄소나노튜브성장과정해석의차이점은있으나두이론모두촉매의크기는나노튜브가촉매입자위에서성장가능할만큼작게분포되어있어야한다는것을가정하고있다. 본실험에서탄소나노튜브를합성하기위하여사용한온도는 700 o C로서, 철원자가모두메조세공벽구조내에안정하게위치하기는어려울것으로예상된다. 그러나철원자가구조에서빠져나와서로결합하여입자가커진다하더라도지지체인실리카담체위에미세한크기로분산되어나노튜브가성장할수있는촉매로서작용할수있음을알수있다. 메조구조내에담지되어있는철에의한탄소나노튜브의합성가능성을검증할수있었다. 4. 결론구조내의 Si를 Fe로일부치환시킨 Fe-MCM-41(4 mol.% Fe) 을합성하였다. 철전구체로는 Fe(NO 3 ) 3 9H 2 O를사용하였고 XRD에 Korean Chem. Eng. Res., Vol. 43, No. 2, April, 2005

6 220 윤상순 최정식 최형진 안화승 의하여순수한 Si-MCM-41과유사한메조세공을갖고있음을확인하였다. N 2 흡착법을이용하여세공경의크기 (27-30 Å), 표면적 (920 m 2 /g) 및세공부피 (1.07 cm 3 /g) 등을측정하였고, TEM에의해잘발달된세공구조를확인할수있었다. 또한, UV-Vis 및 FT-IR 등의분광분석을통하여구조내 Si-O-Fe 결합을이루는철의상태를확인하였다. 치환된철에대한구조적안정성을확인하기위하여 450 o C부터 850 o C까지소성온도를변화시켰으며이에따른메조구조의특성을조사한결과, 850 o C 이상에서는구조내의철이산화물형태로전환되어메조구조가붕괴되는결과를얻을수있었다. 과산화수소를이용한 phenol hydroxylation 반응에서는온도변화에의한 induction period 변화를관찰할수있었고메조구조와철의상태가반응성에큰영향을미친다는것을알수있었다. 아세틸렌가스를탄소원으로사용한 thermal-cvd 반응기를이용하여철활성점에대한탄소나노튜브의성장가능성을확인하였으며, 다량의다중벽나노튜브를합성할수있었다. 감 본연구는 2003년한국과학재단의특정기초연구사업연구비에의하여지원되었으며 (R ) 지원에감사드립니다. 또한, 탄소나노튜브자료분석에도움을주신포항공대이건홍교수연구실에도감사의뜻을전합니다. 사 참고문헌 1. Kresge, C. T., Leonowicz, M. E., Roth, W. J., Vartuli, J. C. and Beck, J. C., Ordered Mesoporous Molecular Sieves Synthesized by a Liquid-crystal Template Mechanism, Nature, 359, (1992). 2. Beck, J. S., Vartuli, J. C., Roth, W. J., Leonowicz, M. E., Kresge, C. T., Schmitt, K. D., Chu, C. T. W., Olson, D. H., Sheppard, E. W., McCullen, S. B., Higgins, J. B. and Schlenker, J. L., A New Family of Mesoporous Molecular Sieves Prepared with Liquid Crystal Templates, J. Am. Chem. Soc., 114(27), (1992). 3. Kang, T. G., Kim, J. H., Seo, G. and Park, H. C., Hydrothermal Stabilities and Adsorption Properties of Titania Loaded on MCM-41 and KIT-1 Mesoporous Materials, HWAHAK KONGHAK, 36(3), (1998). 4. Pei-Shing, E. D., Zeolite Catalysis for a better Environment, Catal. Today, 26(1), 3-11(1995). 5. Corma, A., Martinez, A., Martinez-Soria, V. and Monton, J. B., Hydrocracking of Vacuum Gasoil on the Noble Mesoporous MCM-41 Aluminosilicate Catalyst, J. Catal., 153, 25-31(1995). 6. Zhao, D., Feng, J., Huo, Q., Melosh, N., Fredrickson, G. H., Chmelka, B. F. and Stucky, G. D., Triblock Copolymer Synthesis of Mesoporous Silica with Periodic 50 to 300 Angstrom Pores, Science, 279(23), (1998). 7. Bagshaw, S. A., Prouzet, E. and Pinnavaia, T. J., Templating of Mesoporous Molecular Sieves by Nonionic Polyethylene Oxide Surfactants, Science, 269, (1995). 8. Lee, J. W., Yoon, S. H., Hyeon, T. H., Oh, S. M. and Kim, K. B., Synthesis of a New Mesoporous Carbon and Its Application to Electrochemical Double-layer Capacitors, Chem. Commun., (21), (1999). 9. Ryoo, R., Joo, S. H. and Jun, S. A., Synthesis of Highy Ordered Carbon Molecular Sieves via Template-Mediated Structural Transformation, J. Phys. Chem. B, 103(27), (1999). 10. Han, Y., Xiao, F. S., Wu, S., Sun, Y., Meng, X., Li, D. and Lin, S., A Novel Method for Incorporation of Heteroatoms into the Framework of Ordered Mesoporous Silica Materials Synthesized in Strong Acidic Media, J. Phys. Chem. B, 105(33), (2001). 11. Bharat, L. N., Johnson, O. and Sridhar, K., Direct Synthesis of Titanium-Substituted Mesoporous SBA-15 Molecular Sieve under Microwave-Hydrothermal Conditions, Chem. Mater., 13(2), (2001). 12. Suvanto, S., Hukkamaki, J., Pakkanen, T. T. and Pakkanen, T. A., High-Cobalt-Loaded MCM-41 via the Gas-Phase Method, Langmuir, 16(9), (2000). 13. Samanta, S., Giri, S., Sastry, P. U., Mal, N. K., Manna, A. and Bhaumik, A., Synthesis and Characterization of Iron-Rich Highly Ordered Mesoporous Fe-MCM-41, Ind. Eng. Chem. Res., 42(3), (2003). 14. Kim, S. W., Son, S. U., Lee, S. S., Hyeon, T. W. and Chung, Y. K., Colloidal Cobalt Nanoparticles: a Highly Active and Reusable Pauson-Khand Catalyst, Chem. Commun., (21), (2001). 15. Xiao, F. S., Sun, J., Meng, X., Yu, X., Yuan, H., Jiang, D., Qui, S. and Xu, R., A Novel Catalyst of Copper Hydroxyphosphate with High Activity in Wet Oxidation of Aromatics, Appl. Catal. A: General, 207(1-2), (2001). 16. Sun, J., Meng, X., Shi, Y., Wang, R., Feng, S., Jiang, D., Xu, R. and Xiao, F. S., A Novel Catalyst of Cu-Bi-V-O Complex in Phenol Hydroxylation with Hyrogen Peroxide, J. Catal., 193(2), (2000). 17. Ribera, A., Arends, I. W. C. E., de Vries, S., Perez-Ramirez, J. and Sheldon, R. A., Preparation, Characterization, and Performance of FeZSM-5 for the Selective Oxidation of Benzene to Phenol with N 2 O, J. Catal., 195(2), (2000). 18. Han, Y., Meng, X., Guan, H., Yu, Y., Zhao, L., Xu, X., Yang, X., Wu, S., Li, N. and Xiao, F. S., Stable Iron-incorporated Mesoporous Silica Materials (MFS-9) Prepared in Strong Acidic Media, Micropor. Mesopor. Mater., 57(2), (2003). 19. Wang, D., Liu, Z., Liu, F., Ai, X., Zhang, X., Cao, Y., Yu, J., Wu, T., Bai, Y., Li, T. and Tang, X., Fe 2 O 3 /macroporous Resin Nanocomposites: Some Novel Highly Efficient Catalysts for Hydroxylation of Phenol with H 2 O 2, Appl. Catal. A: General, 174(1-2), 25-32(1998). 20. Liu, C., Shan, Y., Yang, X., Ye, X. and Wu, Y., Iron(II)-8-quinolinol/MCM-41-catalyzed Phenol Hydroxylation and Reaction Mechanosm, J. Catal., 168(1), 35-41(1997). 21. Kim, W. J. and Ahn, W. S., Synthesis of Ti Containing Molecular Sieves using a Diethoxysiloxane-ethyltitanate Polymer, Catal. Lett., 94(3-4), (2004). 22. Zhang, R. Y., Amlani, I., Baker, J., Tresek, J., Tsui, R. K. and Fejes, P., Chemical Vapor Deposition of Single-Walled Carbon Nanotubes using Ultrathin Ni/Al Film as Catalyst, Nano Lett. (Communication), 3(6), (2003). 23. Lim, S. Y., Ciuparu, D., Pak, C. H., Dobek, F., Chen, Y., Harding, D., Pfefferle, L. and Haller, G., Synthesis and Characterization of Highly Ordered Co-MCM-41 of Production of Aligned Single Walled Carbon Nanotubes (SWNT), J. Phys. Chem. B, 화학공학제 43 권제 2 호 2005 년 4 월

7 Fe-MCM-41 의제조, 물성조사및촉매적응용연구 (40), (2003). 24. Duxiao, J., Nongyue, H., Yuanying, Z., Chunxiang, X., Chunwei, Y. and Zuhong, L., Catalytic Growth of Carbon Nanotubes from the Internal Surface of Fe-loading Mesoporous Molecular Sieve Materials, Mater. Chem. Phys., 69(1-3), (2001). 25. Iijima, S., Helical Microtubes of Graphitic Carbon, Nature, 354, 56-58(1991). 26. Soh, H. T., Quate, C. F., Morpurgo, A. F., Marcus, C. M., Kong, J. and Dai. H., Integrated Nanotube Circuits: Controlled Growth and Ohmic Contacting of Single-Walled Carbon Nanotubes, Appl. Phys. Lett., 75(5), (1999). 27. Mo, Y. H., Park, K. S., Park, S. H. and Nahm K. S., Growth of Carbon Nanotubes using Ni Catalysts in RTCVD Reactor, HWAHAK KONGHAK, 38(5), (2000). 28. Li, W. Z., Xie, S. S., Qian, L. X., Chang, B. H., Zou, B. S., Zhow, W. Y., Zhao, R. A. and Wang, G., Large-Scale Synthesis of Aligned Carbon Nanotubes, Science, 274(5293), (1996). 29. Yuan, Z. Y., Liu, S. Q., Chen, T. H., Wang, J. Z. and Li, H. X., Synthesis of Iron-containing MCM-41, J. Chem. Soc. Chem. Commun., (9), (1995). 30. Laurent, C., Flahaut, E., Peigney, A. and Rousset, A., Metal Nanoparticles for the Catalytic Synthesis of Carbon Nanotubes, New J. Chem., 22(11), (1998). 31. Terrones, M., Hsu, W. K., Kroto, H. W. and Walton D. R. M., Nanotubes: A Revolution in Materials Science and Electronics, Top. Curr. Chem., 199, (1999). Korean Chem. Eng. Res., Vol. 43, No. 2, April, 2005

저작자표시 - 비영리 - 변경금지 2.0 대한민국 이용자는아래의조건을따르는경우에한하여자유롭게 이저작물을복제, 배포, 전송, 전시, 공연및방송할수있습니다. 다음과같은조건을따라야합니다 : 저작자표시. 귀하는원저작자를표시하여야합니다. 비영리. 귀하는이저작물을영리목적으로이용할

저작자표시 - 비영리 - 변경금지 2.0 대한민국 이용자는아래의조건을따르는경우에한하여자유롭게 이저작물을복제, 배포, 전송, 전시, 공연및방송할수있습니다. 다음과같은조건을따라야합니다 : 저작자표시. 귀하는원저작자를표시하여야합니다. 비영리. 귀하는이저작물을영리목적으로이용할수없습니다. 변경금지. 귀하는이저작물을개작, 변형또는가공할수없습니다. 귀하는, 이저작물의재이용이나배포의경우,