KR101094075B1 - Novel organicinorganic hybrid nano porous material and method for preparing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 4가 금속이온 또는 이를 포함하는 화합물, 및 유기 리간드로 이루어지는 신규한 유무기 하이브리드 나노세공체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel organic-inorganic hybrid nanoporous body consisting of a tetravalent metal ion or a compound containing the same, and an organic ligand, and a method for producing the same.
다공성 배위고분자, 유무기 하이브리드 나노세공체, 4가 금속이온, 티타늄, 흡착제 Porous coordination polymer, organic / inorganic hybrid nanoporous body, tetravalent metal ion, titanium, adsorbent
Description
유무기 하이브리드 나노세공체는 중심금속이 유기 리간드와 결합하여 형성된 다공성 유무기 고분자 화합물로 정의 될 수 있으며, 골격구조 내에 유기물과 무기물을 모두 포함하고 분자크기 또는 나노크기의 세공구조를 갖는 결정성 화합물을 의미한다. 유무기 하이브리드 나노세공체는 광범위한 의미의 용어로서 일반적으로 다공성 배위 고분자 (porous coordination polymers) 라고도 하며 [Angew. Chem. Intl. Ed., 43, 2334, 2004], 금속-유기 골격체 (MOF, metal-organic framework) 라고도 한다 [Chem. Soc. Rev., 32, 276, 2003]. 이러한 물질에 대한 연구는 분자 배위결합과 재료과학의 접목에 의해 최근에 활발히 연구되어 왔다.The organic-inorganic hybrid nanoporous body may be defined as a porous organic-inorganic polymer compound formed by combining a central metal with an organic ligand, and a crystalline compound containing both organic and inorganic substances in a skeletal structure and having a molecular size or a nano-sized pore structure. Means. Organic-inorganic hybrid nanoporous body is a term in a broad sense, commonly referred to as porous coordination polymers [Angew. Chem. Intl. Ed., 43, 2334, 2004], also called metal-organic framework (MOF) [Chem. Soc. Rev., 32, 276, 2003]. Research into these materials has been actively studied in recent years by combining molecular coordination and material science.
유무기 하이브리드 나노세공체는 고표면적과 분자크기 또는 나노크기의 세공을 갖고 있어 흡착제, 기체 저장, 센서, 멤브레인, 기능성 박막, 촉매 및 촉매 담체 등에 사용될 뿐만 아니라, 세공크기보다 작은 게스트 분자를 포집하거나 세공을 이용하여 분자들의 크기에 따라 분자들을 분리하는데 사용될 수 있다. Organic-inorganic hybrid nanoporous materials have a high surface area and molecular or nano-sized pores, which are used in adsorbents, gas storage, sensors, membranes, functional thin films, catalysts and catalyst carriers, as well as trapping guest molecules smaller than pore sizes. Pores can be used to separate molecules according to their size.
최근, 신규한 유무기 하이브리드 나노세공체가 많이 출현하고 있지만, 신규한 무기물 구성 단위를 갖는 유무기 하이브리드 나노세공체는 안정성 및 촉매 반응성을 담보하기가 어려워 신규한 무기물 구성 단위를 갖는 유무기 하이브리드 나노세공체는 드물다. Recently, many new organic-inorganic hybrid nanoporous bodies have appeared, but organic-inorganic hybrid nanoporous bodies having new inorganic structural units are difficult to ensure stability and catalytic reactivity, and thus organic-inorganic hybrid nanoporous having new inorganic structural units. Sieve is rare.
유무기 하이브리드 나노세공체의 합성에 있어서, 유기 리간드의 안정성은 쉽게 조절 가능하지만, 무기물 구성단위의 작용과 유기 리간드와 무기물 구성단위 간의 상호작용은 예측하기가 매우 어렵다. 따라서, 유무기 하이브리드 나노세공체의 합성에 있어서, 무기물 구성단위의 경우 임의의 금속이온을 선택하여 사용할 수 없는 어려움이 있으나, 안정한 유무기 하이브리드 나노세공체를 형성하는 무기물 구성단위의 발견이 일단 성공하고 나면, 이 구성단위를 재생산하거나, 새로운 유기 리간드와 조합하여 재생산하는 것은 비교적 용이하다. 이러한 사실은 IRMOF-1-16 의 같은 망상 위상을 갖는 이소레티큘러합성 (isorecicular synthesis) 및 다음의 신규한 유무기 하이브리드 나노세공체들이 몇몇 극소수의 대칭 무기물 구성단위에 기초한다는 사실을 통해 밝혀졌다: HKUST-1 의 Cu2(OH)2(CO2)4 단위, MOF-5 의 Zn4O(CO2)6 단위 및 MIL-88 의 Cr3O(OH)3(CO2)6 단위.In the synthesis of organic-inorganic hybrid nanoporous bodies, the stability of the organic ligand is easily controllable, but the action of the inorganic structural unit and the interaction between the organic ligand and the inorganic structural unit are very difficult to predict. Therefore, in the synthesis of the organic-inorganic hybrid nanoporous body, there is a difficulty in selecting any metal ion in the case of the inorganic structural unit, but the discovery of the inorganic structural unit forming a stable organic-inorganic hybrid nanoporous body is successful. Once again, it is relatively easy to reproduce this structural unit or in combination with a new organic ligand. This fact is revealed by the isorecular synthesis of the same reticulated phase of IRMOF-1-16 and the fact that the following novel organic-inorganic hybrid nanoporous bodies are based on a few very few symmetric inorganic units: Cu 2 (OH) 2 (CO 2 ) 4 units of HKUST-1, Zn 4 O (CO 2 ) 6 units of MOF-5 and Cr 3 O (OH) 3 (CO 2 ) 6 units of MIL-88.
유무기 하이브리드 나노세공체의 구조적 안정성은 주로 무기물 구성단위와, 유기 리간드 및 무기물 구성단위 사이의 개별적인 화학적 결합의 세기에 의해서 결 정된다. 금속원자-질소 결합에 의한 혼성 구조체의 안정성이 뛰어나다는 점이 보고된 바 있으나, 이는 결합하는 무기물 구성단위에 따라 그 안정성이 일정하지 않은 바, 궁극적인 해결책을 제시하지 못하고 있었다. 이처럼, 안정하고, 유동적인 무기물 구성단위는 신규하고 상용가능한 하이브리드 구조를 개발하는데 있어 가장 중요한 부분에 해당하며, 결코 임의로 선택할 수 없는 것이다.Structural stability of the organic-inorganic hybrid nanoporous body is mainly determined by the strength of the individual chemical bonds between the inorganic unit and the organic ligand and the inorganic unit. It has been reported that the stability of the hybrid structure by the metal atom-nitrogen bond is excellent, but the stability is not constant according to the inorganic structural unit to be bonded, it has not been proposed the ultimate solution. As such, stable, flexible inorganic structural units are the most important part in the development of new and commercially available hybrid structures, which can never be arbitrarily chosen.
이에, 본 발명자들은 신규한 무기물 구성단위를 이용한 신규한 유무기 하이브리드 나노 세공체의 합성에 성공하였다. Thus, the present inventors have succeeded in the synthesis of novel organic-inorganic hybrid nanoporous body using a novel inorganic structural unit.
한 실시 태양에서, 유무기 하이브리드 나노 세공체는 4가 금속이온 또는 이를 포함하는 화합물, 및 유기 리간드로 작용할 수 있는 유기 화합물을 포함하는 것이다.In one embodiment, the organic-inorganic hybrid nanopore is one comprising a tetravalent metal ion or a compound comprising the same, and an organic compound capable of acting as an organic ligand.
한 실시 태양에서, 상기 4가 금속이온은 Ti4+, Zr4+, 또는 Sn4+ 금속이온을 포함할 수 있다.In one embodiment, the tetravalent metal ions may comprise Ti 4+ , Zr 4+ , or Sn 4+ metal ions.
한 실시 태양에서, 금속 이온을 포함하는 화합물의 예는 금속 할라이드 (halide), 금속 옥시 할라이드 (예: TiOCl2), 금속옥시 설페이트 (예, TiOSO4), 금속 질산염 (nitrate), 금속 아세테이트 (acetate), 금속 카르보닐, 금속 알콕사이드와 같은 금속 염, 또는 이들의 수화물을 포함할 수 있다. 할로겐은 F, Cl, Br, 또는 I 을 포함한다.In one embodiment, examples of compounds comprising metal ions include metal halides, metal oxy halides (eg TiOCl 2 ), metal oxy sulfates (eg TiOSO 4 ), metal nitrates, metal acetates (acetate) ), Metal carbonyl, metal salts such as metal alkoxides, or hydrates thereof. Halogen includes F, Cl, Br, or I.
한 실시 태양에서, 유기 리간드로 작용할 수 있는 유기 화합물은 배위할 수 있는 작용기를 갖는 유기 화합물을 포함하고, 잠재적으로 배위할 자리를 가져 반응 조건에서 배위할 수 있게 변화되는 것도 가능하다. 일부 실시태양에서, 배위할 수 있는 작용기의 예는 탄산기 (-CO3), 탄산의 음이온기 (-CO2 -), 카르복실기, 카르복실산의 음이온기 (carboxylate), 아미노기 (-NH2), 이미노기 (), 아미드기 (-CONH2), 술폰산기 (-SO3H), 술폰산의 음이온기(-SO3 -), 메탄디티오산기(-CS2H), 메탄디티오산의 음이온기(-CS2 -), 피리딘기, 피라진기 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, an organic compound capable of acting as an organic ligand includes an organic compound having a functional group capable of coordinating, and it is also possible to have a site for coordinating so that it can be coordinated under reaction conditions. In some embodiments, examples of functional groups capable of coordinating acid group (-CO 3), of the acid anion group (-CO 2 -), an anion group of a carboxyl group, a carboxylic acid (carboxylate), an amino group (-NH 2) , Iminogi ( ), Amide group (-CONH 2), a sulfonic acid group (-SO 3 H), a sulfonic acid anion group (-SO 3 -), methane dithiol Osan group (-CS 2 H), methane dithiol Osan anion group (-CS of 2 -), but it may comprise a pyridine group, a pyrazine group or the like without being limited thereto.
한 실시태양에서, 상기 카르복실산의 음이온기를 갖는 화합물은 벤젠디카르복실산, 나프탈렌디카르복실산, 벤젠트리카르복실산, 나프탈렌트리카르복실산, 피리딘디카르복실산, 비피리딜디카르복실산, 포름산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타민산, 헥산디오산, 헵탄디오산, 시클로헥실디카르복실산 및 디히드록시테레프탈산 (dihydroxyterephthalic acid) 으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화합물로부터 유래되는 화합물이다.In one embodiment, the compound having an anionic group of carboxylic acid is benzenedicarboxylic acid, naphthalenedicarboxylic acid, benzenetricarboxylic acid, naphthalenetricarboxylic acid, pyridinedicarboxylic acid, bipyridyldicarboxylic acid It is a compound derived from a compound selected from the group consisting of acid, formic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutamic acid, hexanedioic acid, heptanedioic acid, cyclohexyldicarboxylic acid and dihydroxyterephthalic acid.
한 실시 태양에서, 유기 리간드는 1,4-벤젠디카르복실레이트 (BDC) 등의 벤젠디카르복실레이트, 4,4'-바이페닐-디카르복실레이트 등의 바이페닐(biphenyl)-디카르복실레이트 (BPDC), 터페닐(terphenyl)디카르복실레이트 (TPDC), 이들의 유도체, 이들의 용매화물, 이들의 수화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.In one embodiment, the organic ligands are benzenedicarboxylates such as 1,4-benzenedicarboxylate (BDC), and biphenyl-dicarboxes such as 4,4'-biphenyl-dicarboxylate. Carboxylate (BPDC), terphenyl dicarboxylate (TPDC), derivatives thereof, solvates thereof, hydrates thereof or combinations thereof.
본원 발명의 상세한 설명 및 청구범위에 기재된 실시태양은 제한적인 것이 아니다. 본원에 제시된 주제 대상의 사상 또는 범위로부터 벗어남 없이, 다른 실시태양이 이용될 수 있고, 변경이 이루어질 수 있다.The embodiments described in the detailed description and claims of the invention are not limiting. Other embodiments may be utilized, and changes may be made, without departing from the spirit or scope of the subject matter presented herein.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본원 발명의 한 형태는, 현재까지 보고된 바 없는 4가 금속이온 또는 이를 포함하는 화합물, 및 유기 리간드로 작용할 수 있는 유기 화합물을 이용한 신규한 유무기 하이브리드 나노세공체에 관한 것이다. One aspect of the present invention relates to novel organic-inorganic hybrid nanoporous bodies using tetravalent metal ions or compounds containing the same, and organic compounds capable of acting as organic ligands, which have not been reported to date.
한 실시 형태에서, 상기 4가 금속 이온은 Ti4+, Zr4+, 또는 Sn4+ 을 포함한다.In one embodiment, the tetravalent metal ions comprise Ti 4+ , Zr 4+ , or Sn 4+ .
본 발명자들은, 상기 금속 이온들이 산소와 강하게 상호작용한다는 점에 기초하여 상기 금속 원소들을 -O-, -OH 로 씌우는 (capping) 산소 함유 유기 리간드와의 결합에 있어서 특히 안정한 무기물 구성 단위로 작용할 뿐만 아니라, 이러한 무기물 구성 단위를 포함하는 유무기 하이브리드 나노세공체가 기존의 것과는 달리 유기 리간드의 안정성이 손실되는 바 없이 합성을 통해 신장될 수 있음을 발견하였다. 또한, 상기 금속 원소를 무기물 구성 단위로 하는 유무기 하이브리드 나노세공체와 디카르복실레이트기를 포함하는 유기 리간드를 함께 사용하는 경우 유무기 하이브리드 나노세공체의 다각 구조의 가장자리가 디카르복실레이트기를 포함하는 유기 리간드의 카르복실레이트기 (-CO2) 에 의해 연결되어 안정한 구조를 형성할 수 있음을 발견하였다. 한 실시 태양에서, Ti 는 4족 전이원소로서, 산소와 특히 강한 상호작용을 하므로 Ti 4가 금속 이온은 신규한 유무기 하이브리드 나노세공체의 무기물 구성 단위로 사용될 수 있다.The present inventors act not only as a particularly stable inorganic constituent unit in the bonding of oxygen-containing organic ligands which encapsulate the metal elements with -O-, -OH, on the basis that the metal ions interact strongly with oxygen. Rather, it has been found that organic-inorganic hybrid nanoporous bodies containing such inorganic structural units can be elongated through synthesis without losing the stability of organic ligands, unlike conventional ones. In addition, when the organic-inorganic hybrid nanoporous body having the metal element as an inorganic structural unit and an organic ligand including a dicarboxylate group are used together, the edge of the polygonal structure of the organic-inorganic hybrid nanoporous body contains a dicarboxylate group. It was found that can be linked by the carboxylate group (-CO 2 ) of the organic ligand to form a stable structure. In one embodiment, Ti is a Group 4 transition element, which has a particularly strong interaction with oxygen, so that Ti tetravalent metal ions can be used as the inorganic structural unit of the novel organic-inorganic hybrid nanoporous body.
4가 금속이온 또는 이를 포함하는 화합물을 무기물 구성 단위로 하는 유무기 하이브리드 나노세공체의 구조에 있어서 가장 취약한 부분은 유기 리간드의 내부 결합이고, 유기 리간드와 무기물 구성단위간의 결합 또는 유무기 하이브리드 나노세공체 구조 자체가 아니다. 이러한 점은 4가 금속이온을 무기물 구성 단위로 하는 유무기 하이브리드 구조체의 궁극적인 열적 안정성을 증명한다.The weakest part of the structure of the organic-inorganic hybrid nanoporous body having a tetravalent metal ion or a compound containing the same as an inorganic structural unit is an internal bond of an organic ligand, and a bond between the organic ligand and an inorganic structural unit or an organic-inorganic hybrid nanopore. It is not the sieve structure itself. This demonstrates the ultimate thermal stability of organic-inorganic hybrid structures with tetravalent metal ions as inorganic building blocks.
유무기 하이브리드 나노세공체의 응용에 있어서 용매에 대한 유무기 하이브리드 나노세공체의 구조적 저항력 및 기계적 압력이 매우 중요하며, 상기와 같은 특징을 갖는 유무기 하이브리드 나노세공체의 경우, 물, DMF, 벤젠 및 아세톤 등의 용매에 24시간 동안 교반한 후에도 변화하지 않고 안정한 상태로 존재함을 확인하였다.In the application of the organic-inorganic hybrid nanoporous material, the structural resistance and mechanical pressure of the organic-inorganic hybrid nanoporous material with respect to the solvent is very important, and in the case of the organic-inorganic hybrid nanoporous material having the above characteristics, water, DMF, benzene And after stirring for 24 hours in a solvent such as acetone, it was confirmed that it was present in a stable state without change.
상기한 점에 근거한 본원 발명의 한 형태는 종래에 보고된 바 없는 무기물 구성단위인 4가 금속이온 또는 이를 포함하는 화합물, 및 유기 리간드로 작용할 수 있는 유기 화합물을 포함하는 신규하고, 구조적으로 매우 안정한 유무기 하이브리드 나노 세공체에 관한 것이다. 한 실시 태양에서, 유기 리간드는 -O-, -OH, -CO2 를 포함하는 벤젠디카르복실레이트 (BDC), 바이페닐-디카르복실레이트, 터페닐디카르복실레이트 (TPDC), 이들의 유도체, 이들의 용매화물, 이들의 수화물 또는 이들의 조합일 수 있다.One aspect of the present invention based on the above points is a novel, structurally very stable compound comprising a tetravalent metal ion or a compound comprising the inorganic structural unit, which has not been reported before, and an organic compound capable of acting as an organic ligand. It relates to an organic-inorganic hybrid nanoporous body. In one embodiment, the organic ligands are benzenedicarboxylate (BDC), biphenyl-dicarboxylate, terphenyldicarboxylate (TPDC), including -O-, -OH, -CO 2 , Derivatives, solvates thereof, hydrates thereof or combinations thereof.
본원 발명의 한 실시 태양은 상기에서 설명한 4가 금속이온 또는 이를 포함하는 화합물, 및 유기 리간드로 작용할 수 있는 유기 화합물로 이루어지는 신규한 유무기 하이브리드 나노세공체의 제조 방법에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a novel organic-inorganic hybrid nanoporous body comprising the tetravalent metal ion described above or a compound comprising the same, and an organic compound capable of acting as an organic ligand.
신규한 유무기 하이브리드 나노 세공체는 기존의 공지된 어떠한 방법으로도 합성이 가능하며, 공지된 제조 방법에는 수열 합성 (hydrothermal), 솔보써멀 합성, 마이크로파 조사, 음파 (Sono) 합성 방법 등이 포함될 수 있다.The novel organic-inorganic hybrid nanoporous body can be synthesized by any known method, and known manufacturing methods may include hydrothermal synthesis, solvothermal synthesis, microwave irradiation, and sono synthesis method. have.
한 실시 태양에서 유무기 하이브리드 나노 세공체는 실온 근방에서 용매 확산 (solvent diffusion) 을 이용하거나 물을 용매로 사용하여 고온에서 반응시키는 수열합성으로 제조될 수 있다. In one embodiment, the organic-inorganic hybrid nanoporous body may be prepared by hydrothermal synthesis using solvent diffusion at room temperature or using water as a solvent to react at high temperature.
다른 실시 태양에서 유무기 하이브리드 나노 세공체는 유기물을 용매로 사용하는 솔보써멀합성을 통해 제조될 수 있다 [Microporous Mesoporous Mater., vol73, p.15(2004)]. In another embodiment, the organic-inorganic hybrid nanoporous body can be prepared through solvothermal synthesis using an organic material as a solvent (Microporous Mesoporous Mater., Vol 73, p. 15 (2004)).
또 다른 실시 태양에서 유무기 하이브리드 나노세공체는 제올라이트나 메조세공체 화합물과 같은 다른 무기 다공성 물질의 제조방법과 유사하게 물이나 적당한 유기용매를 사용하여, 용매나 혼합용액의 비점이상의 합성온도와 자연 증기압 (autogeneous pressure) 상태하에서 결정화 과정을 거쳐 일반적으로 제조된다.In another embodiment, the organic-inorganic hybrid nanoporous body uses water or a suitable organic solvent, similar to the process for preparing other inorganic porous materials such as zeolites or mesoporous compounds, and the boiling point synthesis temperature and nature of the solvent or mixed solution. It is generally prepared through a crystallization process under an autogeneous pressure state.
일부 실시 태양에서 금속 이온 또는 그의 화합물 및 유기 리간드를 용매 존재 하에서 일정시간 교반 또는 초음파를 조사하여 유기물이 금속과 배위 결합하도록 하여 결정핵을 형성시키며, 상기와 같은 결정핵이 형성된 반응액에 마이크로파 를 조사 (照射) 하여 결정화 반응을 수행할 수 있다.In some embodiments, metal ions or a compound thereof and an organic ligand are stirred or ultrasonically irradiated for a predetermined time in the presence of a solvent to allow organic substances to be coordinated with the metal to form crystal nuclei. Irradiation may be performed to carry out the crystallization reaction.
한 실시 태양에서 유무기 하이브리드 나노세공체는 하기 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다:In one embodiment the organic-inorganic hybrid nanoporous body can be prepared by a manufacturing method comprising the following steps:
1) 4가 금속이온 또는 이를 포함하는 화합물, 유기 리간드로 작용할 수 있는 유기 화합물 및 용매를 혼합하여 반응물 혼합액을 제조하는 단계; 및1) preparing a reactant mixture by mixing a tetravalent metal ion or a compound including the same, an organic compound capable of acting as an organic ligand, and a solvent; And
2) 상기 반응물 혼합액을 가열하는 단계.2) heating the reactant mixture.
상기 금속 이온 및 유기 리간드는 관련 부분에서 설명한 바와 같다.The metal ions and organic ligands are as described in the relevant section.
용매는 제한되지 않지만, 금속 이온 또는 이를 포함하는 화합물과 유기 리간드로 작용할 수 있는 유기 화합물을 모두 용해시킬 수 있는 용매를 사용할 수 있다. 일부 실시태양에서, 용매의 예는, 물, 알코올, 케톤, 탄화수소, N,N-디메틸포름아미드 (DMF), N,N-디에틸포름아미드 (DEF), N,N-디메틸아세트아미드 (DMAc), 아세토니트릴, 디옥산, 클로로벤젠, 피리딘, N-메틸 피롤리돈 (NMP), 설포란, 테트라하이드로퓨란 (THF), 감마-부티로락톤, 시클로헥산올과 같은 지환족 알코올 등을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 실시태양에서, 두 가지 이상의 용매를 혼합하여 사용할 수도 있다. 또 다른 실시태양에서, 용매로서, 물; 탄소수 1 ~ 10 인 모노 또는 폴리알코올, 예컨대 메탄올, 에탄올, 프로판올, EG (에틸렌 글리콜 (ethylene glycol), 글리세롤과 같은 알킬렌 폴리올, 폴리에틸렌 글리콜과 같은 폴리알킬렌 폴리올; 탄소수 2 ~ 10 인 케톤, 예컨대 아세톤, 메틸에틸케톤, 아세틸아세톤 등, 및 탄소수 4 ~ 20 인 탄화수소 (예컨대, 탄소수 4 ~ 10 의 선형 및 환형 알칸, 예를 들어 헥산, 헵탄, 옥탄, 톨루엔 등) 등에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 일부 예시적인 실시태양에서, 용매로서 물, EG , DMF, THF 를 사용할 수 있다.The solvent is not limited, but a solvent capable of dissolving both metal ions or a compound containing the same and an organic compound capable of acting as an organic ligand can be used. In some embodiments, examples of solvents are water, alcohols, ketones, hydrocarbons, N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-diethylformamide (DEF), N, N-dimethylacetamide (DMAc ), Acetonitrile, dioxane, chlorobenzene, pyridine, N-methyl pyrrolidone (NMP), sulfolane, tetrahydrofuran (THF), gamma-butyrolactone, cycloaliphatic alcohols such as cyclohexanol and the like However, it is not limited thereto. In other embodiments, two or more solvents may be used in combination. In another embodiment, as the solvent, water; Mono or polyalcohols having 1 to 10 carbon atoms, such as methanol, ethanol, propanol, alkylene polyols such as EG (ethylene glycol), glycerol, polyalkylene polyols such as polyethylene glycol; ketones having 2 to 10 carbon atoms, such as One or two or more selected from acetone, methyl ethyl ketone, acetylacetone, and the like, and hydrocarbons having 4 to 20 carbon atoms (e.g., linear and cyclic alkanes having 4 to 10 carbon atoms, such as hexane, heptane, octane, toluene, etc.) Mixtures may be used In some exemplary embodiments, water, EG, DMF, THF may be used as the solvent.
가열 방법은 제한되지 않으며, 통상적인 가열 방법일 수 있다. 예시적인 실시 태양에서 상기 가열 방법은 전기 가열 또는 마이크로파를 사용하는 가열 방법일 수 있다. 마이크로파를 사용하는 가열 방법을 이용하는 경우의 마이크로파의 범위는 실질적으로 제한되지 않으나, 하나의 실시 태양에서는 1 ~ 30 GHz의 마이크로파를 조사할 수 있고, 예시적인 실시 태양에서는 공업적으로 많이 사용되고 있는 주파수인 2.54 GHz의 마이크로파를 조사할 수 있다.The heating method is not limited and may be a conventional heating method. In an exemplary embodiment the heating method can be a heating method using electric heating or microwaves. The range of microwaves in the case of using a heating method using microwaves is not substantially limited. In one embodiment, microwaves of 1 to 30 GHz can be irradiated, and in an exemplary embodiment, the frequency is widely used industrially. You can irradiate microwaves at 2.54 GHz.
반응물 혼합액의 가열 온도는 실질적으로 제한되지 않는다. 일부 실시태양에서, 반응물 혼합액의 가열 온도는 실온 이상일 수 있다. 다른 실시태양에서, 반응물 혼합액의 가열 온도는 20 ℃ 이상일 수 있고, 또 다른 실시태양에서 반응물 혼합액의 가열 온도는 50 ℃ 이상, 60 ℃ 이상, 80 ℃ 이상, 또는 100 ℃ 이상일 수 있다. The heating temperature of the reactant mixture is not substantially limited. In some embodiments, the heating temperature of the reactant mixture may be at least room temperature. In other embodiments, the heating temperature of the reactant mixture may be at least 20 ° C., and in another embodiment, the heating temperature of the reactant mixture may be at least 50 ° C., at least 60 ° C., at least 80 ° C., or at least 100 ° C.
반응물 혼합액의 가열 단계에서, 반응 압력은 실질적으로 제한되지 않는다. 한 실시태양에서, 반응 압력을 반응기 내 반응 온도에서의 반응물의 자동압력 (autogeneous pressure) 으로 설정하여 반응을 수행할 수 있다. 다른 실시태양에서, 질소, 헬륨과 같은 불활성 기체를 추가하여, 고압 하에 반응을 수행할 수 있다. 4가 금속 이온 또는 이를 포함하는 화합물과 유기 리간드로 작용할 수 있는 유기 화합물의 몰비는 사용되는 금속 성분 및 유기 화합물의 종류에 따라 적절 히 조절될 수 있다. 한 실시태양에서, 금속 이온 또는 이를 포함하는 화합물과 유기 리간드로 작용할 수 있는 유기 화합물의 몰비는 1:0.1 ~ 500 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 실시태양에서, 금속 이온 또는 이를 포함하는 화합물과 유기 리간드로 작용할 수 있는 유기 화합물의 몰비는 1:0.1 ~ 100 또는 1:0.1 ~ 10 일 수 있다.In the heating step of the reactant mixture, the reaction pressure is not substantially limited. In one embodiment, the reaction can be carried out by setting the reaction pressure to the autogeneous pressure of the reactants at the reaction temperature in the reactor. In another embodiment, the reaction can be carried out under high pressure by adding an inert gas such as nitrogen, helium. The molar ratio of tetravalent metal ions or a compound containing the same and an organic compound capable of acting as an organic ligand can be appropriately adjusted according to the kind of the metal component and the organic compound used. In one embodiment, the molar ratio of the metal ion or the compound including the same and the organic compound capable of acting as an organic ligand may be 1: 0.1 to 500, but is not limited thereto. In another embodiment, the molar ratio of the metal ion or the compound comprising the same and the organic compound capable of acting as an organic ligand may be 1: 0.1 to 100 or 1: 0.1 to 10.
일부 실시 태양에서, 유무기 하이브리드 나노 세공체는 하기의 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조될 수 있다:In some embodiments, the organic-inorganic hybrid nanopore can be prepared by a manufacturing method comprising the following steps:
1) 4가 금속 이온 또는 이를 포함하는 화합물, 유기 리간드로 작용할 수 있는 유기 화합물, 및 용매를 혼합하여 유기 리간드가 금속과 배위 결합한 결정핵을 형성하는 전처리 단계; 및1) a pretreatment step of mixing a tetravalent metal ion or a compound comprising the same, an organic compound capable of acting as an organic ligand, and a solvent to form crystal nuclei in which the organic ligand is coordinated with the metal; And
2) 상기 결정핵이 형성된 반응액을 마이크로파를 조사하여 결정화 반응을 수행하는 단계.2) performing crystallization by irradiating microwaves to the reaction solution in which the crystal nuclei are formed.
한편, 마이크로파를 이용한 상기 실시 태양에서는 금속 이온 또는 그의 화합물 및 유기 리간드를 용매 존재 하에서 일정시간 교반 또는 초음파를 조사하여 유기물이 금속과 배위 결합하도록 하여 결정핵을 형성시키며, 상기와 같은 결정핵이 형성된 반응액에 마이크로파를 조사 (照射) 하여 결정화 반응을 수행할 수 있다. 일부 실시 태양에서 상기의 제조방법은, 고온 반응의 열원으로 마이크로파를 적용하는 경우, 이러한 마이크로파 조사에 의한 유무기 하이브리드 나노세공체를 제 조할 수 있도록 하기 위하여 금속물질과 유기물을 용매 존재 하에서 소정의 전처리 단계를 거칠 수도 있다. On the other hand, in the above embodiment using a microwave by stirring or ultrasonically irradiating a metal ion or a compound thereof and an organic ligand in a solvent for a predetermined time to form a crystal nucleus by coordinating the organic matter with the metal, the crystal nucleus is formed as described above The reaction solution may be irradiated with microwaves to carry out a crystallization reaction. In some embodiments, the method described above, in the case where microwave is applied as a heat source of a high temperature reaction, a predetermined pretreatment of a metal material and an organic material in the presence of a solvent in order to be able to produce an organic-inorganic hybrid nanoporous body by microwave irradiation. You may go through the steps.
전처리 온도는 실질적으로 제한되지 않지만, 예시적인 실시 태양에서 100℃ 이하로 유지될 수 있다. 마이크로파를 이용한 반응은 매우 빠른 속도로 일어나므로 전처리 단계를 반응물의 균일성과 용해도를 높이기 위해 수행할 수 있다. 일부 예시적인 실시 태양에서 전처리 단계를 거치지 않은 상태에서 마이크로파를 조사할 경우 유무기 혼성체의 결정화 반응이 속도가 느리게 진행되며, 반응 중 불순물이 혼입될 수도 있다. The pretreatment temperature is not substantially limited, but may be maintained below 100 ° C. in an exemplary embodiment. Because microwave reactions occur at very high rates, a pretreatment step can be performed to increase the homogeneity and solubility of the reactants. In some exemplary embodiments, when irradiated with microwaves without the pretreatment step, the crystallization reaction of the organic-inorganic hybrid proceeds slowly, and impurities may be mixed during the reaction.
상기한 전처리 단계는 예를 들면 10 ~ 2000 rpm 에서 교반하거나, 초음파를 조사하는 것으로 수행되며, 상기 전처리 온도는 실온 (대략 20 ~ 25℃) 결정화 반응 온도 범위가 바람직하다. 전처리 온도가 낮으면 전처리 효과가 미약하여 충분한 결정핵이 생성되지 않으며, 전처리 온도가 높으면 불순물이 생성되기 쉬울 뿐만 아니라 전처리 설비가 복잡해져야 하는 단점이 생길 수 있다.The above pretreatment step is carried out, for example, by stirring at 10 to 2000 rpm, or by irradiating with ultrasonic waves, and the pretreatment temperature is preferably a room temperature (approximately 20 to 25 ° C.) crystallization reaction temperature range. If the pretreatment temperature is low, the effect of the pretreatment is not sufficient, and sufficient crystal nuclei are not generated. If the pretreatment temperature is high, impurities may be easily generated, and the pretreatment facility may be complicated.
한 실시 태양에서 결정핵이 형성된 반응액에 마이크로파를 조사하여 유무기 하이브리드 나노세공체를 형성시키는 결정화 단계를 수행할 수 있다.In one embodiment, a crystallization step of forming an organic-inorganic hybrid nanoporous body may be performed by irradiating microwaves to the reaction solution in which the nuclei are formed.
마이크로파 조사에 의한 제조 방법은 회분식은 물론이고 연속식으로도 수행 가능하다. 회분식 반응기는 시간당 생산량이 낮아 소량의 유무기 하이브리드 나노세공체를 생산하는데 적합하며, 연속식 반응기는 투자비가 많이 들어가나 대량 생산에 적합하다. 반응 시간은 제한되지는 않으나, 회분식의 경우 1분 ~ 8시간, 일부 실시 태양에서는 1분 ~ 2시간, 예시적인 실시 태양에서는 1분 ~ 2 시간일 수 있으며, 반응 시간이 너무 길면 불순물의 혼입이 일어날 수도 있다. 연속식 반응기의 체류시간은 1분 ~ 1 시간, 일부 실시 태양에서는 1분 ~ 20분일 수 있고, 체류시간이 너무 길면 생산성이 낮고 체류시간이 너무 짧으면 반응 전환율이 낮다. 회분식 반응기를 사용할 경우는 반응 중에 반응물을 교반할 수도 있으며, 교반 속도는 제한되지는 않으나 하나의 실시 태양에서는 10 ~ 2000 rpm 일 수 있다. 또 다른 실시 태양에서는 교반 과정 없이도 수행 가능하며, 교반을 하지 않는 것이 반응기 구성이나 운전에 있어 간편하며 적용하기가 쉬울 수 있다. The production method by microwave irradiation can be carried out not only batchwise but also continuously. Batch reactors are suitable for producing small amounts of organic-inorganic hybrid nanoporous materials with low output per hour, while continuous reactors are expensive and are suitable for mass production. The reaction time is not limited, but may be 1 minute to 8 hours for batch, 1 minute to 2 hours for some embodiments, 1 minute to 2 hours for exemplary embodiments, and if the reaction time is too long, the incorporation of impurities It may happen. The residence time of the continuous reactor may be from 1 minute to 1 hour, in some embodiments from 1 minute to 20 minutes, with too long residence time resulting in low productivity and too short residence time resulting in low reaction conversion. If a batch reactor is used, the reactants may be agitated during the reaction, although the stirring speed is not limited but in one embodiment may be 10-2000 rpm. In another embodiment, the process can be performed without agitation, and agitation may be simple and easy to apply in reactor configuration or operation.
한 실시태양에서, 유무기 하이브리드 나노세공체는 분말, 박막, 멤브레인, 펠렛, 볼, 포움 (foam), 슬러리, 페인트, 페이스트, 하니컴 (honeycomb), 비드, 메쉬, 섬유, 골판지 (corrugated sheet), 로터 등의 형태로 제공될 수 있으나, 특정 형태에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 박막 또는 멤브레인 형태의 유무기 하이브리드 나노세공체는 반응물 혼합액에, 소정의 기판을 침지한 후, 가열하는 방법으로 제조될 수 있다. 다른 실시태양에서, 펠렛, 비드, 하니컴, 메쉬, 막과 같은 성형체는 적정한 유기 또는 무기 바인더를 사용하여 제조될 수 있다.In one embodiment, the organic-inorganic hybrid nanoporous material is a powder, thin film, membrane, pellet, ball, foam, slurry, paint, paste, honeycomb, beads, mesh, fiber, corrugated sheet, It may be provided in the form of a rotor, etc., but is not limited to a specific form. For example, the organic-inorganic hybrid nanoporous body in the form of a thin film or a membrane may be prepared by immersing a predetermined substrate in a reactant mixture and then heating. In other embodiments, shaped bodies such as pellets, beads, honeycombs, meshes, membranes can be prepared using suitable organic or inorganic binders.
일부 실시태양에서, 첨가된 유, 무기 바인더는 유무기 하이브리드 나노세공체와 분말 무게의 50% 를 초과하지 않는다. 한 예시적인 실시태양에서, 무기바인더의 예는 실리카, 알루미나, 층상구조화합물, 금속알콕사이드, 금속할라이드 등을 포함하고, 다른 예시적인 실시태양에서, 유기 바인더의 예는 1 종 이상의 알콜 및 셀룰로오스, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴레이트 등을 포함한다.In some embodiments, the added organic and inorganic binder does not exceed 50% of the weight of the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the powder. In one exemplary embodiment, examples of inorganic binders include silica, alumina, layered compounds, metal alkoxides, metal halides, and the like, and in other exemplary embodiments, examples of organic binders include one or more alcohols and cellulose, poly Vinyl alcohol, polyacrylate, and the like.
본원 발명의 다른 형태는, 유무기 하이브리드 나노세공체의 용도에 관한 것으로서, 기체, 액체 및 고체 물질의 저장, 분리 및 화학반응을 위한 흡수물질로의 사용이 가능하다. 대상 기체로는 수소, 산소, 질소, 메탄, 파라핀, 올레핀등의 탄화수소 및 일산화탄소, 황화수소, 암모니아, 포름알데히드, 아민등이 가능하며, 액체로는 냄새물질로 VOC (휘발성 유기 화합물, Volatile Organic Compounds) 및 살균제등과 가솔린, 디젤, 오일, 알코올 등이 가능하다. 고체로는 Pt, Pd 등의 귀금속 이온 및 1nm 이하의 서브나노입자 또는 Hg, Cr 등의 유해물질을 흡착할 수 있다. 특히 수소, 이산화탄소 흡착/분리 및 올레핀/파라핀 등의 유용한 흡착제로 사용이 가능하다. Another aspect of the present invention relates to the use of organic-inorganic hybrid nanoporous bodies, which can be used as absorbents for the storage, separation and chemical reaction of gas, liquid and solid materials. Target gases include hydrocarbons such as hydrogen, oxygen, nitrogen, methane, paraffin, and olefins, and carbon monoxide, hydrogen sulfide, ammonia, formaldehyde, amines, etc., and VOCs (volatile organic compounds, volatile organic compounds) as odorants as liquids. And disinfectants and gasoline, diesel, oil, alcohol, and the like. As a solid, it is possible to adsorb noble metal ions such as Pt and Pd and sub-nanoparticles of 1 nm or less or harmful substances such as Hg and Cr. In particular, it can be used as a useful adsorbent such as hydrogen, carbon dioxide adsorption / separation and olefin / paraffin.
또 다른 실시 태양에서 유무기 하이브리드 나노세공체는 불균일 촉매, 광촉매 및 수분 흡착제로 사용할 수 있다. 상기 개시한 유무기 하이브리드 나노세공체는 저온 (예를 들어, 100 ℃ 이하) 에서도 탈착이 용이하고, 유무기 하이브리드 나노세공체 단위 중량당 수분 흡착량이 높으며, 흡착 속도 또한 빠른 특성을 갖는다.In another embodiment, the organic-inorganic hybrid nanoporous body can be used as a heterogeneous catalyst, photocatalyst and moisture adsorbent. The organic-inorganic hybrid nanoporous material disclosed above is easy to desorb even at low temperatures (eg, 100 ° C. or less), has a high water adsorption amount per unit weight of the organic-inorganic hybrid nanoporous material, and has a fast adsorption rate.
이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명하겠는바, 다음 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the following Examples.
실시예 1 : 유무기 하이브리드 나노세공체 Ti-BDC 의 제조Example 1 Preparation of Organic-Inorganic Hybrid Nanoporous Ti-BDC
테프론 반응기에 TiCl4 2.27 mmol 및 1,4-벤젠디카르복실레이트(H2BDC) 2.27 mmol 을 첨가한 후, N,N-디메틸포름아마이드 (DMF) 를 680 mmol 가하였다. 상기의 반응물을 상온에서 50 rpm으로 20 분간 교반하여 혼합 반응물을 제조하였다. 상기 반응물을 함유한 테프론 반응기를 마이크로파 반응기 (Milestone사) 에 장착하고 마이크로파 (2.54 GHz) 를 조사하여 120℃ 로 승온 시킨 후 120℃ 에서 1시간 동안 유지하여 결정화 반응을 수행한 후 실온으로 냉각, 세척 (증류수) 및 건조하여 유무기 하이브리드 나노세공체 (Ti-BDC) 를 수득했다. 또한, Ti4+ 및 1,4-벤젠디카르복실레이트로 이루어지는 유무기 하이브리드 나노세공체의 결정 XRD 패턴은 Zr 이 포함된 하이브리드 나노세공체의 문헌 값과 일치하는 것을 확인하였고[J. Am. CHEM. SOC. 130, 13850, 2008], 같은 구조를 가지지만 표면적 측정 결과는 635m2/g, 입도 분포 또한 매우 균일하며, 안정함을 확인할 수 있었다.2.27 mmol of TiCl 4 and 2.27 mmol of 1,4-benzenedicarboxylate (H 2 BDC) were added to the Teflon reactor, followed by addition of 680 mmol of N, N-dimethylformamide (DMF). The reaction was stirred for 20 minutes at 50 rpm at room temperature to prepare a mixed reaction. The Teflon reactor containing the reactant was mounted in a microwave reactor (Milestone), irradiated with microwave (2.54 GHz), heated to 120 ° C., maintained at 120 ° C. for 1 hour, and then cooled and washed to room temperature. (Distilled water) and dried to obtain an organic-inorganic hybrid nanoporous material (Ti-BDC). In addition, it was confirmed that the crystal XRD pattern of the organic-inorganic hybrid nanoporous body composed of Ti 4+ and 1,4-benzenedicarboxylate is consistent with the literature values of the hybrid nanoporous body including Zr [J. Am. CHEM. SOC. 130, 13850, 2008], but the same structure, but the surface area measurement results are 635m 2 / g, the particle size distribution is also very uniform, it can be confirmed that the stability.
실시예 2 : 유무기 하이브리드 나노세공체 Ti-BPDC 의 제조Example 2 Preparation of Organic-Inorganic Hybrid Nanoporous Ti-BPDC
테프론 반응기에 TiCl4 2.27 mmol 및 4,4'-바이페닐디카르복실레이트(BPDC) 2.27 mmol을 첨가한 후, N,N-디메틸포름아마이드 (DMF) 를 680 mmol 가하였다. 상기의 반응물을 상온에서 50 rpm으로 20 분간 교반하여 혼합 반응물을 제조하였다. 상기 반응물을 함유한 테프론 반응기를 마이크로파 반응기 (Milestone사) 에 장착하고 마이크로파 (2.54 GHz) 를 조사하여 120℃ 로 승온 시킨 후 120℃ 에서 1시간 동안 유지하여 결정화 반응을 수행한 후 실온으로 냉각, 세척 (증류수) 및 건조하여 유무기 하이브리드 나노세공체 (Ti-BPDC) 를 수득했다. 제조된 배위고분자의 결정구조는 XRD 분석 결과 실시예 1과 동일한 위치에서 회절패턴이 얻어짐을 확인하였다. 전자현미경으로 분석결과 입자의 사이즈가 350nm 정도로 균일함을 확인할 수 있었다.2.27 mmol of TiCl 4 and 2.27 mmol of 4,4'-biphenyldicarboxylate (BPDC) were added to the Teflon reactor, followed by addition of 680 mmol of N, N-dimethylformamide (DMF). The reaction was stirred for 20 minutes at 50 rpm at room temperature to prepare a mixed reaction. The Teflon reactor containing the reactant was mounted in a microwave reactor (Milestone), irradiated with microwave (2.54 GHz), heated to 120 ° C., maintained at 120 ° C. for 1 hour, and then cooled and washed to room temperature. (Distilled water) and dried to obtain an organic-inorganic hybrid nanoporous material (Ti-BPDC). The crystal structure of the prepared coordination polymer confirmed that the diffraction pattern was obtained at the same position as in Example 1 as a result of XRD analysis. Analysis of the electron microscope confirmed that the particle size was about 350 nm uniform.
실시예 3 : 유무기 하이브리드 나노세공체 Ti-TPDC 의 제조Example 3 Preparation of Organic-Inorganic Hybrid Nanoporous Ti-TPDC
테프론 반응기에 TiCl4 2.27 mmol 및 터페닐디카르복실레이트(TPDC) 2.27 mmol을 첨가한 후, N,N-디메틸포름아마이드 (DMF) 를 680 mmol 가하였다. 상기의 반응물을 상온에서 50 rpm으로 20 분간 교반하여 혼합 반응물을 제조하였다. 상기 반응물을 함유한 테프론 반응기를 마이크로파 반응기 (Milestone사) 에 장착하고 마이크로파 (2.54 GHz) 를 조사하여 120℃ 로 승온 시킨 후 120℃ 에서 1시간 동안 유지하여 결정화 반응을 수행한 후 실온으로 냉각, 세척 (증류수) 및 건조하여 유무기 하이브리드 나노세공체 (Ti-TPDC) 를 수득했다. 제조된 배위고분자의 결정구조는 XRD 분석 결과 피크의 상대적인 세기는 다르지만 실시예 1과 동일한 위치에서 회절패턴이 얻어짐을 확인하였다. 2.27 mmol of TiCl 4 and 2.27 mmol of terphenyldicarboxylate (TPDC) were added to the Teflon reactor, followed by addition of 680 mmol of N, N-dimethylformamide (DMF). The reaction was stirred for 20 minutes at 50 rpm at room temperature to prepare a mixed reaction. The Teflon reactor containing the reactant was mounted in a microwave reactor (Milestone), irradiated with microwave (2.54 GHz), heated to 120 ° C., maintained at 120 ° C. for 1 hour, and then cooled and washed to room temperature. (Distilled water) and dried to obtain an organic-inorganic hybrid nanoporous material (Ti-TPDC). The crystal structure of the prepared coordination polymer showed that the diffraction pattern was obtained at the same position as in Example 1, although the relative intensity of the peak was different from the XRD analysis result.
실시예 4 : 금속 설페이트를 이용한 유무기 하이브리드 나노세공체 Ti-BDC 의 제조Example 4 Preparation of Organic-Inorganic Hybrid Nanoporous Ti-BDC Using Metal Sulfate
테프론 반응기에 TiOSO4 2.27 mmol 및 1,4-벤젠디카르복실레이트 (H2BDC) 2.27 mmol을 첨가한 후, N,N-디메틸포름아마이드 (DMF) 를 680 mmol 가하였다. 상기의 반응물을 상온에서 50 rpm으로 20 분간 교반하여 혼합 반응물을 제조하였다. 상기 반응물을 함유한 수열 반응기에 장착하고 전기오븐 120℃에서 12시간 동안 유지하여 결정화 반응을 수행한 후 실온으로 냉각, 세척 (증류수) 및 건조 하여 유무기 하이브리드 나노세공체 (Ti-TPDC) 를 수득했다. 제조된 배위고분자의 결정구조는 XRD 분석 결과 피크의 상대적인 세기는 다르지만 실시예 1과 동일한 위치에서 회절패턴이 얻어짐을 확인하였다.2.27 mmol of TiOSO 4 and 2.27 mmol of 1,4-benzenedicarboxylate (H 2 BDC) were added to the Teflon reactor, followed by addition of 680 mmol of N, N-dimethylformamide (DMF). The reaction was stirred for 20 minutes at 50 rpm at room temperature to prepare a mixed reaction. The reaction mixture was mounted in a hydrothermal reactor containing the reactant and held at an electric oven at 120 ° C. for 12 hours to perform a crystallization reaction, and then cooled to room temperature, washed (distilled water) and dried to obtain an organic-inorganic hybrid nanoporous material (Ti-TPDC). did. The crystal structure of the prepared coordination polymer showed that the diffraction pattern was obtained at the same position as in Example 1, although the relative intensity of the peak was different from the XRD analysis result.
실시예 5Example 5 : 유무기 하이브리드 나노세공체 Zr-BDC 의 제조Fabrication of Organic-Inorganic Hybrid Nanoporous Zr-BDC
테프론 반응기에 ZrCl4 및 1,4-벤젠디카르복실레이트 (H2BDC) 를 첨가한 후 N,N-디메틸포름아마이드 (DMF) 를 첨가하여 반응물의 최종 몰비가 Zr :H2BDC : DMF = 1:1:1497이 되도록 하였다. 상기의 반응물을 상온에서 50 rpm으로 20 분간 교반하여 혼합 반응물을 제조하였다. 상기 반응물을 함유한 테프론 반응기를 마이크로파 반응기 (Milestone사) 에 장착하고 마이크로파 (2.54 GHz)를 조사하여 120℃ 로 승온 시킨 후 120℃ 에서 2시간 동안 유지하여 결정화 반응을 수행한 후 실온으로 냉각, 세척 (증류수) 및 건조하여 유무기 하이브리드 나노세공체 (Zr-BDC) 를 얻었다. 본 실시예에서 얻어진 결정의 XRD 패턴은 문헌 값과 일치하는 것을 확인하였다 [J. AM. CHEM. SOC. 130, 13850, 2008]. 제조된 유무기 하이브리드 나노세공체의 결정구조는 XRD 분석 결과 피크의 상대적인 세기는 다르지만 문헌에 기재된 Zr 을 포함하는 유무기 하이브리드 나노세공체와 동일한 위치에서 회절패턴이 얻어짐을 확인하였다ZrCl 4 and 1,4-benzenedicarboxylate (H 2 BDC) were added to the Teflon reactor followed by the addition of N, N-dimethylformamide (DMF) to give a final molar ratio of Zr: H 2 BDC: DMF = 1: 1: 1497. The reaction was stirred for 20 minutes at 50 rpm at room temperature to prepare a mixed reaction. The Teflon reactor containing the reactant was mounted in a microwave reactor (Milestone, Inc.), irradiated with microwave (2.54 GHz), heated to 120 ° C., maintained at 120 ° C. for 2 hours, and then cooled and washed to room temperature. (Distilled water) and dried to obtain an organic-inorganic hybrid nanoporous body (Zr-BDC). It was confirmed that the XRD pattern of the crystals obtained in this example is consistent with the literature values [J. AM. CHEM. SOC. 130, 13850, 2008]. XRD analysis showed that the crystal structure of the prepared organic-inorganic hybrid nanoporous body had a diffraction pattern obtained at the same position as that of the organic-inorganic hybrid nanoporous body containing Zr, although the relative intensity of the peak was different.
실시예 6 : 다양한 용매에 의한 유무기 하이브리드 나노세공체 Zr-BDC 의 제조Example 6 Preparation of Organic-Inorganic Hybrid Nanoporous Zr-BDC with Various Solvents
테프론 반응기에 ZrCl 4 0.227 mmol 및 1,4-벤젠디카르복실레이트 (H 2 BDC) 0.227mmol을 첨가한 후 N,N-디메틸포름아마이드 (DMF) 와 2-프로판올을 몰비 5:5로 하여 가하였다. 상기 반응물을 함유한 테프론 반응기를 마이크로파 반응기 (Milestone사) 에 장착하고 마이크로파 (2.54 GHz)를 조사하여 120℃ 로 승온 시킨 후 120℃ 에서 1시간 동안 유지하여 결정화 반응을 수행한 후 실온으로 냉각, 세척 (증류수) 및 건조하여 다공성 배위고분자 (Zr-BDC) 를 얻었다. 제조된 배위고분자의 결정구조는 XRD 분석 결과 피크의 상대적인 세기는 다르지만 실시예 5와 동일한 위치에서 회절패턴이 얻어짐을 확인하였다.0.227 mmol of ZrCl 4 and 0.227 mmol of 1,4-benzenedicarboxylate (H 2 BDC) were added to the Teflon reactor, and N, N-dimethylformamide (DMF) and 2-propanol were added at a molar ratio of 5: 5. It was. The Teflon reactor containing the reactant was mounted on a microwave reactor (Milestone), irradiated with microwave (2.54 GHz), heated to 120 ° C., maintained at 120 ° C. for 1 hour, and then cooled and washed to room temperature. (Distilled water) and dried to obtain a porous coordination polymer (Zr-BDC). The crystal structure of the prepared coordination polymer showed that the diffraction pattern was obtained at the same position as Example 5, although the relative intensity of the peak was different from the XRD analysis result.
실시예 7 : 다양한 용매에 의한 다공성 배위고분자 Zr-BDC 의 제조Example 7 Preparation of Porous Coordination Polymer Zr-BDC with Various Solvents
테프론 반응기에 ZrCl 4 0.227 mmol 및 1,4-벤젠디카르복실레이트 (H 2 BDC) 0.227mmol을 첨가한 후 N,N-디메틸포름아마이드 (DMF) 와 에탄올을 몰비 5:5 로 하여 가하였다. 상기 반응물을 함유한 테프론 반응기를 마이크로파 반응기 (Milestone사) 에 장착하고 마이크로파 (2.54 GHz)를 조사하여 120℃ 로 승온 시킨 후 120℃ 에서 1시간 동안 유지하여 결정화 반응을 수행한 후 실온으로 냉각, 세척 (증류수) 및 건조하여 다공성 배위고분자 (Zr-BDC) 를 얻었다. 제조된 배위고분자의 결정구조는 XRD 분석 결과 피크의 상대적인 세기는 다르지만 실시예 5와 동일한 위치에서 회절패턴이 얻어짐을 확인하였다.0.227 mmol of ZrCl 4 and 0.227 mmol of 1,4-benzenedicarboxylate (H 2 BDC) were added to the Teflon reactor, and N, N-dimethylformamide (DMF) and ethanol were added at a molar ratio of 5: 5. The Teflon reactor containing the reactant was mounted on a microwave reactor (Milestone), irradiated with microwave (2.54 GHz), heated to 120 ° C., maintained at 120 ° C. for 1 hour, and then cooled and washed to room temperature. (Distilled water) and dried to obtain a porous coordination polymer (Zr-BDC). The crystal structure of the prepared coordination polymer showed that the diffraction pattern was obtained at the same position as Example 5, although the relative intensity of the peak was different from the XRD analysis result.
상기 실시예의 결과로부터, 놀랍게도 4가 금속이온의 화합물을 무기물 구성단위로 하는 신규한 유무기 하이브리드 나노세공체가 안정적으로 수득됨을 확인할 수 있다.From the results of the above examples, it can be seen that a novel organic-inorganic hybrid nanoporous body having a compound of tetravalent metal ions as an inorganic structural unit can be stably obtained.
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