KAIST, 석유화학 고성능촉매제 제올라이트 합성 원천기술 개발

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2006-08-07 02:00

대전--(뉴스와이어)--KAIST(총장 서남표)는 화학과 유룡(劉龍, 51, 과학기술부 창의연구사업 기능성 나노물질연구단 단장) 교수팀이 석유화학산업 주 촉매제인 ‘제올라이트’의 촉매 활성 및 안정성을 대폭 향상시킬수 있는 새로운 원천기술을 개발했으며, 관련 논문이 오는 8월 7일(월)자 네이처 머티어리얼스(Nature Materials)誌 온라인판에 게재된다고 밝혔다.

제올라이트는 세계적으로 가솔린 생산 및 각종 석유화학산업 전반에 걸쳐 가장 널리 이용되는 촉매물질이다. 실리카(모래의 주성분)와 알루미늄으로 이루어진 결정성광물인 제올라이트 결정 내부에는 무수한 미세한 구멍(나노세공)들이 규칙적으로 뚫려 있다. 이 나노세공들이 반응 대상 분자가 드나들 때 촉매 작용을 일으킨다. 제올라이트의 나노세공은 그 직경이 매우 작고, 반응 대상 분자가 드나드는 속도가 느리기 때문에 촉매활성이 낮은 단점이 있었다. 반응속도를 높여 제올라이트의 촉매 기능을 향상시키면 엄청난 경제적 부가가치를 얻을 수 있다는 이유로 1990년대 이후 세계 유수의 석유화학 기업들은 이 문제를 해결하기 위해 많은 투자를 해왔다.

劉 교수팀은 화학적인 분자설계를 통해 디자인한 새로운 계면활성제 를 제올라이트 합성시에 첨가했다. 그 결과, 제올라이트 결정 성장시 결정 내부에 기존의 작은 나노세공과 더불어 훨씬 더 큰 나노세공을 추가적으로 발생시킬 수 있는 원천기술인 ‘위계적 나노세공 구조’의 제올라이트 물질 합성법을 개발하는데 성공했다. 나노세공 내부로의 분자 확산을 증진시키기 위해 기존 제올라이트의 작은 나노세공과 큰 직경의 나노세공이 공존하는 새로운 제올라이트 물질을 개발하게 된 것이다.

이번에 개발된 ‘위계적 나노 세공 구조’를 가진 제올라이트는 기존의 작은 나노 세공만 가진 제올라이트에 비해 반응물의 출입이 매우 빠르게 일어난다. 새로 개발된 촉매제는 비약적으로 향상된 촉매 활성 및 안정성을 보인다. 이는 작은 도로만 있어 교통체증이 심한 대도시에 큰 도로와 작은 도로의 유기적 구성을 가능케 하는 적절한 도시계획을 수립, 시행함으로써 원활한 교통 흐름을 만들어 내는 이치와 같다. 크고 작은 나노세공이 유기적으로 연결된 제올라이트 내부에서 분자의 교통이 훨씬 수월해진다는 것이다.

네이처 머티어리얼스誌는 이 연구결과를 표지(커버스토리)로 소개하고, 별도로 News and Views의 하이라이트 논문으로 중요하게 다룬다. 劉 교수팀은 연구결과를 국내특허와 국제특허 출원 중이다. 또한, 이 물질이 여러 가지 화학 반응에 대하여 우수한 촉매 활성을 나타낸다는 것을 확인, 국내 산업에의 응용을 준비하고 있다.

劉 교수는 “이번에 개발한 새로운 제올라이트 물질은 큰 분자의 화학적 처리가 가능하기 때문에, 경제적인 가치가 적은 중질유를 가솔린으로 변환시키는 고부가가치 공정이나 폐플라스틱 분해공정과 같은 미래 환경에 중요한 공정에서 핵심 촉매로 널리 이용될 수 있을 것이다”라고 밝혔다.

<관련 논문제목>

“양쪽친매성 유기실란을 이용한 조절 가능한 메조기공을 갖는 제올라이트의 합성(Amphiphilic Organosilane-Directed Synthesis of Crystalline Zeolite with Tunable Mesoporosity)”

< 유룡 교수 프로필>

전공분야 : 촉매화학 및 나노물질의 합성

학 력

1977 서울대학교 응용화학부 학사
1979 KAIST 화학과 석사
1985 美 스탠포드대학교 화학과 박사

경 력

1979.3-1982.8 한국원자력연구소 연구원
1985.12-1986.11 로렌스 버클리 연구소 박사후 연수(solid-state NMR 분야, 지도교수: Prof. Alex Pines)
1986.11-현재 KAIST 화학과 교수

학술 활동:

Chemical Communications 지 편집위원 (2006-2008)
영국왕립화학회 Fellow
대한화학회 학술부회장(2006)
국제 제올라이트 학회 Council Member(2001.7-2007.7)
국제 메조구조물질 학회 Council Member (2002.7-2006.7)
대한화학회, 한국화학공학회, 한국공업화학회 종신회원
과학기술한림원 정회원(2001이후)

수상경력

대한화학회 우수논문상(2000)
과학기술총연합회 우수논문상(2001)
미국화학회 나노촉매심포지엄 미래연구상(2001)
일본전자현미경학회 최우수논문상(O. Terasaki 교수 공동, 2001)
과학기술부 선정 이달의 과학기술자상(2001)
KAIST 올해의 교수상(2001)
대한화학회 학술상(2002)
KAIST 학술대상(2002)
대한민국최고과학기술인상(2005)

대표논문 (국제 학술잡지에 150여편의 학술논문 저술)

1. R. Ryoo, S. H. Joo and S. Jun, "Synthesis of Highly Ordered Carbon Molecular Sieves via Template-Mediated Structural Transformation", J. Phys. Chem. B 103, 7743 (1999).

2. S. H. Joo, S. J. Choi, I. Oh, J. Kwak, Z. Liu, O. Terasaki and Ryong Ryoo, "Ordered Nanoporous Arrays of Carbon Supporting High Dispersion of Platinum Nanoparticles", Nature 412, 169 (2001).

3. M. Choi and R. Ryoo, "Ordered Nanoporous Polymer-Carbon Composites", Nature Mater. 2, 473 (2003).

4. M. Choi, H. S. Cho, R. Srivastava, C. Venkatesan, D.-H. Choi and R. Ryoo, "Amphiphilic Organosilane-Directed Synthesis of Crystalline Zeolite with Tunable Mesoporosity", Nature Mater., in press (2006).

웹사이트: http://www.kaist.ac.kr