KR101755523B1 - Polyoxometalate catalyst, preparing method thereof, and preparing method of cyclic carbonates using the same - Google Patents

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KR101755523B1 KR1020160035805A KR20160035805A KR101755523B1 KR 101755523 B1 KR101755523 B1 KR 101755523B1 KR 1020160035805 A KR1020160035805 A KR 1020160035805A KR 20160035805 A KR20160035805 A KR 20160035805A KR 101755523 B1 KR101755523 B1 KR 101755523B1
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이상복
김동흔
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한국과학기술원
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Abstract

폴리옥소메탈레이트 촉매, 상기 폴리옥소메탈레이트 촉매의 제조 방법, 및 상기 폴리옥소메탈레이트 촉매를 이용한 환상 카보네이트류의 제조 방법에 관한 것이다.A process for producing the polyoxometallate catalyst, and a process for producing the cyclic carbonate using the polyoxometallate catalyst.

Description

폴리옥소메탈레이트 촉매, 이의 제조 방법, 및 상기 촉매를 이용한 환상 카보네이트류의 제조 방법{POLYOXOMETALATE CATALYST, PREPARING METHOD THEREOF, AND PREPARING METHOD OF CYCLIC CARBONATES USING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a polyoxometallate catalyst, a method for producing the same, and a process for producing a cyclic carbonate using the catalyst,

본원은, 폴리옥소메탈레이트 촉매, 상기 폴리옥소메탈레이트 촉매의 제조 방법, 및 상기 폴리옥소메탈레이트 촉매를 이용한 환상 카보네이트류의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polyoxometallate catalyst, a process for producing the polyoxometallate catalyst, and a process for producing a cyclic carbonate using the polyoxometallate catalyst.

포름산, 메탄올, 우레아(ureas), 카르복실레이트류, 폴리카보네이트류 및 폴리우레탄류와 같은 유용한 화합물로의 상기 이산화탄소(CO2)의 효율적 변환(transformation)은, CO2가 유기 합성에서 잠재적으로 저렴하며 풍부한 C1 빌딩 블록(building block)이기 때문에 매우 매력적이다. 이러한 화합물들 중에서, 에폭사이드에 대한 CO2의 고리화 첨가반응(cycloaddition)에 의하여 생성된 환상 카보네이트류는 매력적인 화학물질이다. 이러한 화합물들은 리튬-이온 배터리에서의 전해질 성분, 극성 비양자성 용매(polar aprotic solvent), 및 화학적 중간체로서 흔히 사용된다. 통상적으로, 이러한 화합물들은 포스젠(phosgene)과 같은 독성이며 위험한 시약을 이용하여 합성된다. 그러므로, 이산화탄소의 변환을 위한 상기 효율적인 촉매의 수요가 증가되고 있다. 다양한 금속-기반 촉매들이 에폭사이드와 이산화탄소의 커플링에 대한 활성을 나타내었다; 그 중, 아연(Zn) 복합체들은, 이들의 자연적인 풍부함, 낮은 가격 및 낮은 독성으로 인하여 많은 연구적 관심들을 끌어왔다. ZnBr2/n-Bu4, ZnBr2-Ph4PI, 및 하이드록시아파타이트 (hydroxyapatite)-결합된 아연 복합체(ZnHAP)와 같은 다수의 균질(homogeneous) 촉매 시스템들이 환상 카보네이트류의 제조에 있어서 효과적인 것으로 보고되어왔다. 그럼에도 불구하고, 아연 글루타레이트(zinc glutarate) 화합물들이 불균질(heterogeneous) 촉매로서 연구되었지만, 더 용이하게 제조할 수 있는, 용이한 촉매 회수 및 재활용(reutilization)을 위하여 ZnO 나노결정에 대한 요구는 여전히 높다. The efficient transformation of said carbon dioxide (CO 2 ) to useful compounds such as formic acid, methanol, ureas, carboxylates, polycarbonates and polyurethanes is particularly advantageous when CO 2 is potentially cheaper And it is very attractive because it is a rich C1 building block. Of these compounds, cyclic carbonates produced by the cycloaddition of CO 2 to the epoxide are attractive chemicals. These compounds are commonly used as electrolyte components in polar lithium-ion batteries, polar aprotic solvents, and chemical intermediates. Typically, these compounds are synthesized using toxic and hazardous reagents such as phosgene. Therefore, the demand for such an efficient catalyst for the conversion of carbon dioxide is increasing. Various metal-based catalysts have shown activity against coupling of epoxide to carbon dioxide; Among them, zinc (Zn) composites have attracted a lot of research attention due to their natural richness, low cost and low toxicity. Many homogeneous catalyst systems such as ZnBr 2 / n-Bu 4 , ZnBr 2 -Ph 4 PI and hydroxyapatite-bonded zinc complex (ZnHAP) are effective in the production of cyclic carbonates Have been reported. Nonetheless, although zinc glutarate compounds have been studied as heterogeneous catalysts, the need for ZnO nanocrystals for easy catalyst recovery and reutilization, which can be more easily prepared, Still high.

ZnO 나노결정(ZnO NCs)은 낮은 독성 및 가격뿐만 아니라, 이것의 우수한 안정성, 용이한 합성 및 높은 표면적으로 인하여, 다양한 반응에서 불균질 촉매로서 최근에 등장했다. 그러나, 강한 루이스 산/염기 촉매들은 환상 카보네이트류의 제조에 대하여 높은 전환율(conversion rate)을 나타내기 때문에, 약한 루이스 산 및 염기 성질 모두를 나타내는, 상기 ZnO NCs는, 환상 카보네이트류의 제조에 대하여 촉매로서 덜 간주되었었다. 금속 산화물 NCs의 표면 성질을 변화시킴으로써 상기 촉매의 활성을 향상시키기 위하여, NCs의 표면으로의 적합한 무기 분자의 도입은 효율적인 방법이다.ZnO nanocrystals (ZnO NCs) have recently emerged as heterogeneous catalysts in a variety of reactions, due to their excellent stability, easy synthesis and high surface area as well as low toxicity and cost. However, since the strong Lewis acid / base catalysts exhibit a high conversion rate for the production of cyclic carbonates, the ZnO NCs, which exhibit both weak Lewis acid and base properties, can be used as catalysts for the production of cyclic carbonates Was considered less. Introduction of suitable inorganic molecules onto the surface of NCs is an efficient process in order to improve the activity of the catalyst by changing the surface properties of the metal oxide NCs.

금속-산소 클러스터 화합물인, 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalates, POMs)는, 그 표면에 잘 부착함으로써 금속 및 금속 산화물 NCs의 성질을 변화시킬 수 있는 매우 잘 알려진 무기 분자이다. POMs는 그들의 우수한 산화 환원(redox) 특성, 독특한 분자 구조, 전자적 다양성(electronic versatility), 및 용이한 수득 가능성으로 인하여 촉매에서 다양한 용도를 가진다.Polyoxometalates (POMs), metal-oxygen cluster compounds, are very well known inorganic molecules that can change the properties of metal and metal oxide NCs by well adhering to their surfaces. POMs have a variety of uses in catalysts due to their excellent redox properties, unique molecular structure, electronic versatility, and ease of availability.

본원은, 폴리옥소메탈레이트 촉매, 상기 폴리옥소메탈레이트 촉매의 제조 방법, 및 상기 폴리옥소메탈레이트 촉매를 이용한 환상 카보네이트류의 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a polyoxometallate catalyst, a process for producing the polyoxometallate catalyst, and a process for producing a cyclic carbonate using the polyoxometallate catalyst.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 존재하는 폴리옥소메탈레이트를 포함하는, 촉매를 제공한다.The first aspect of the present invention is directed to a method of forming a ZnO nanoparticle, TiO 2 nanoparticle, or Al 2 O 3 Nanoparticles and a polyoxometallate present on the surface of the nanoparticles.

본원의 제 2 측면은, ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 제조용 전구체를 함유하는 용액과 폴리옥소메탈레이트를 함유하는 용액을 혼합한 혼합물을 가열함으로써 용매열(solvothermal) 반응에 의하여, ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 존재하는 폴리옥소메탈레이트를 포함하는 촉매를 수득하는 것을 포함하는, 본원의 제 1 측면에 따른 촉매의 제조 방법을 제공한다.The second aspect of the present invention is directed to a nanoparticle comprising ZnO nanoparticles, TiO 2 nanoparticles, or Al 2 O 3 TiO 2 nanoparticles or Al 2 O 3 nanoparticles by solvothermal reaction by heating a mixture of a solution containing a precursor for preparing nanoparticles and a solution containing polyoxometallate, There is provided a process for preparing a catalyst according to the first aspect of the present invention, which comprises obtaining a catalyst comprising nanoparticles and a polyoxometallate present on the surface of the nanoparticles.

본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 존재하는 폴리옥소메탈레이트를 포함하는 촉매의 존재 하에서, 탄소수 2 내지 5의 알킬렌옥사이드와 CO2의 고리화 첨가 반응에 의하여 탄소수 2 내지 5의 환형 카르보네이트류를 제조하는 것을 포함하는, 환상 카보네이트류의 제조 방법을 제공한다.A third aspect of the invention is directed to a method of making a ZnO nanoparticle, TiO 2 nanoparticle, or Al 2 O 3 A cyclic carbonate having 2 to 5 carbon atoms by the cyclization addition reaction of an alkylene oxide having 2 to 5 carbon atoms with CO 2 in the presence of a nanoparticle and a catalyst containing polyoxometallate present on the surface of the nanoparticle Which comprises reacting a cyclic carbonate of formula

본원의 일 구현예에 따르면, 폴리옥소메탈레이트 및 ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자를 이용함으로써, CO2의 고리화 첨가반응에 의한 환형 카보네이트류 제조 반응에 사용되는, 폴리옥소메탈레이 촉매를 원-팟(one-pot) 합성에 의하여 용이하게 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present disclosure, there are provided polyoxometallates and ZnO nanoparticles, TiO 2 nanoparticles, or Al 2 O 3 By using nanoparticles, a polyoxometallate catalyst can be easily produced by one-pot synthesis, which is used for a cyclic carbonate production reaction by the cyclization addition reaction of CO 2 .

본원의 일 구현예에 따른 폴리옥소메탈레이트 기반 촉매는, 폴리옥소메탈레이트 없이 제조된 종래의 촉매와 비교하여 현저하게 향상된 촉매적 성능을 나타내며, 또한 활성의 감소 없이 여러 차례 재사용될 수 있다는 효과를 가진다.The polyoxometallate-based catalyst according to one embodiment herein exhibits significantly improved catalytic performance as compared to conventional catalysts prepared without polyoxometallate and can be reused many times without reduction in activity I have.

도 1의 (a) 내지 (d)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 폴리옥소메탈레이트-ZnO 촉매의 XRD 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 2 의 (a) 내지 (d)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 폴리옥소메탈레이트-ZnO 촉매의 SEM 및 TEM 이미지이다.
도 3 의 (a) 내지 (d)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 폴리옥소메탈레이트-ZnO 촉매의 원소 맵핑 이미지이다.
도 4의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 폴리옥소메탈레이트-ZnO 촉매의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, CO2의 고리화 첨가반응에 대한 폴리옥소메탈레이트-ZnO 촉매의 활성을 나타낸 그래프이다.
1 (a) to 1 (d) are graphs showing XRD patterns of a polyoxometallate-ZnO catalyst in one embodiment of the present invention.
Figures 2 (a) - (d) are SEM and TEM images of a polyoxometallate-ZnO catalyst in one embodiment of the present application.
3 (a) to 3 (d) are elemental mapping images of a polyoxometallate-ZnO catalyst in one embodiment of the present invention.
Figures 4 (a) and 4 (b) are graphs showing FT-IR spectra of the polyoxometallate-ZnO catalyst in one embodiment of the present application.
5 is a graph showing the activity of the polyoxometallate-ZnO catalyst for the cyclization addition reaction of CO 2 in one embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms " about ", " substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) " or " step " used to the extent that it is used throughout the specification does not mean " step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination (s) thereof " included in the expression of the machine form means a mixture or combination of one or more elements selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the form of a marker, Quot; means at least one selected from the group consisting of the above-mentioned elements.

본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and examples and drawings.

본원의 제 1 측면은, ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 존재하는 폴리옥소메탈레이트를 포함하는, 촉매를 제공한다.The first aspect of the present invention is directed to a method of forming a ZnO nanoparticle, TiO 2 nanoparticle, or Al 2 O 3 Nanoparticles and a polyoxometallate present on the surface of the nanoparticles.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리옥소메탈레이트는 하기 화학식 1에 의하여 표시되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다:In one embodiment of the present invention, the polyoxometallate may be represented by the following general formula (1), but is not limited thereto:

[화학식 1][Chemical Formula 1]

H(e-az)Aa z +[XxM1 mM2 nOy]e- ;H (e-az) A a z + [X x M 1 m M 2 n O y ] e- ;

상기 화학식 1에서, H는 수소이며; A는 주기율표의 1 족으로부터 선택되는 알칼리 금속 원소이며; X는 주기율표의 14 족 또는 15 족으로부터 선택되는 원소이며; M1은 몰리브덴, 바나듐, 텅스텐, 니오븀, 탄탈륨, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소이며; M2는 코발트, 철, 아연, 티타늄, 지르코늄, 팔라듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소이며; O는 산소이며; a는 원소 A의 개수이며; z는 원소 A의 전하이며; e는 폴리옥소메탈레이트 음이온의 전하이고; x는 1 내지 5; m은 5 내지 20; n은 0 내지 10; y는 18 내지 62; a는 0 내지 6인 것임.In Formula 1, H is hydrogen; A is an alkali metal element selected from Group 1 of the periodic table; X is an element selected from group 14 or group 15 of the periodic table; M 1 is an element selected from the group consisting of molybdenum, vanadium, tungsten, niobium, tantalum, and combinations thereof; M 2 is an element selected from the group consisting of cobalt, iron, zinc, titanium, zirconium, palladium, and combinations thereof; O is oxygen; a is the number of elements A; z is the charge of the element A; e is the charge of the polyoxometallate anion; x is 1 to 5; m is from 5 to 20; n is from 0 to 10; y is from 18 to 62; and a is 0 to 6.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 X는 주기율표의 14 족 또는 15 족에 해당하는 원소는 Si, P, Ge, 또는 As를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, X may be Si, P, Ge, or As, but may not be limited to, elements corresponding to group 14 or group 15 of the periodic table.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리옥소메탈레이트는 H3[PW12O40], H5[PW11CoO39], H5[PW11ZnO39], H3[PW11FeO40], 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the polyoxometallate is selected from the group consisting of H 3 [PW 12 O 40 ], H 5 [PW 11 CoO 39 ], H 5 [PW 11 ZnO 39 ], H 3 [PW 11 FeO 40 ] But are not limited to, those selected from the group consisting of combinations thereof, and the like.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리옥소메탈레이트는 용액에서 [XxM1 mM2 nOy]e-로서 표시되는 음이온 형태로 존재하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the invention, the polyoxometallate may be present in solution in the form of an anion represented as [X x M 1 m M 2 n y y ] e - , but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리옥소메탈레이트는 H3[PW12O40], H5[PW11CoO39], H5[PW11ZnO39] 또는 H3[PW11FeO40]와 같은 형태, 또는 PW12O40 -3, PW11CoO39 -5, PW11ZnO39 -5 또는 PW11FeO40 -5와 같은 음이온 형태로 존재할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the polyoxometallate is selected from the group consisting of H 3 [PW 12 O 40 ], H 5 [PW 11 CoO 39 ], H 5 [PW 11 ZnO 39 ], or H 3 [PW 11 FeO 40 ] Or in the form of anions such as PW 12 O 40 -3 , PW 11 CoO 39 -5 , PW 11 ZnO 39 -5, or PW 11 FeO 40 -5 , but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 화학식 1 중 A가 존재하지 않을 경우, 구체적으로는 상기 화학식 1의 a가 0인 경우, 상기 폴리옥소메탈레이트는 He[XxM1 mM2 nOy]e-로서 표시되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, when A in Formula 1 is absent, specifically, when a in Formula 1 is 0, the polyoxometallate is H e [X x M 1 m M 2 n O y] may be, but may be represented as e-, not limited to this.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리옥소메탈레이트는 나노입자의 표면에 잘 부착하는 성질을 가짐으로써, 상기 ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자에 표면에 부착되어 상기 나노입자의 성질을 변화시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리옥소메탈레이트가 상기 ZnO 나노입자 표면에 부착됨에 따라 루이스 산 자리(Lewis acidic site)와 약한 루이스 염기 자리(weak Lewis basic site)가 모두 존재하게 되어, 상기 ZnO 나노입자의 성질이 변화할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polyoxometallate has a property of adhering well to the surface of the nanoparticles, so that the ZnO nanoparticles, TiO 2 nanoparticles, or Al 2 O 3 And may be attached to the surface of the nanoparticles to change the properties of the nanoparticles, but the present invention is not limited thereto. For example, as the poloxomometalate is attached to the surface of the ZnO nanoparticles, both a Lewis acidic site and a weak Lewis basic site exist, and the properties of the ZnO nanoparticles May vary, but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리옥소메탈레이트는 상기 나노입자 상에, 부착되어 있거나 또는 상기 나노입자에 담지되어 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리옥소메탈레이트는 상기 나노입자의 표면에 부착되어 있을 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polyoxometallate may be attached to or supported on the nanoparticles, but may not be limited thereto. For example, the polyoxometallate may be attached to the surface of the nanoparticles, but may not be limited thereto.

의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 상기 폴리옥소메탈레이트와 상기 나노입자와의 시너지 효과로 인하여, 폴리옥소메탈레이트를 포함하지 않는 촉매와 비교하여 더 높은 활성을 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다., The catalyst may exhibit higher activity compared to a catalyst that does not contain polyoxometallate due to the synergy between the polyoxometallate and the nanoparticles, .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 탄소수 2 내지 5의 알킬렌 옥사이드와 CO2의 고리화 첨가 반응에 의하여 환형 카르보네이트류를 제조하는 반응에 사용되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 알킬렌 옥사이드는 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 및 이의 이성질체, 부틸렌 옥사이드 및 이의 이성질체, 또는 펜틸렌 옥사이드 및 이의 이성질체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the catalyst may be used in a reaction for producing cyclic carbonates by cyclization addition reaction of an alkylene oxide having 2 to 5 carbon atoms with CO 2 , have. For example, the alkylene oxide may include, but is not limited to, ethylene oxide, propylene oxide and isomers thereof, butylene oxide and isomers thereof, or pentylene oxide and isomers thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 상기 환형 카보네이트류를 제조하는 반응 외의 폴리옥소메탈레이트 자체가 고유의 산성과 산화 환원 성질을 통해 다양한 반응에서 촉매로 사용되고 있으므로, 본원에 따른 폴리옥소메탈레이트-금속산화물 촉매 또한 다양한 촉매 반응에 적용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, since the catalyst other than the reaction for producing the cyclic carbonates is used as a catalyst in various reactions through inherent acidity and oxidation-reduction properties, the polyoxometallate according to the present invention - Metal oxide catalysts can also be applied to various catalytic reactions.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 환형 카보네이트류를 제조하는 반응에서 약 80% 이상의 전환율(conversion rate)를 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매의 전환율은 약 80% 이상, 약 85% 이상, 약 90% 이상, 약 95% 이상, 또는 약 97% 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the catalyst may exhibit a conversion rate of at least about 80% in the reaction for producing cyclic carbonates, but may not be limited thereto. For example, the conversion of the catalyst may be at least about 80%, at least about 85%, at least about 90%, at least about 95%, or at least about 97%.

본원의 일 구현예에 있어서, 공촉매(cocatalyst)로서 다이메틸아미노피리딘(DMAP)을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 다이메틸아미노피리딘은 루이스 염기 성질을 가지는 물질로서, 예를 들어, 상기 폴리옥소메탈레이트를 통한 촉매 반응에 공촉매로서 작용하여 보다 효과적으로 상기 환상 카보네이트류를 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, dimethylaminopyridine (DMAP) may additionally be included as a cocatalyst, but may not be limited thereto. The dimethylaminopyridine is a substance having a Lewis basic property, for example, can act as a cocatalyst in the catalytic reaction through the polyoxometallate to produce the cyclic carbonate more effectively, but it is not limited thereto have.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 재사용이 가능한 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매는 반응에 사용된 후에도 활성의 현저한 감소를 보이지 않으므로, 여러 차례 재사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the catalyst may be reusable, but it is not limited thereto. For example, the catalyst does not show a significant decrease in activity even after being used in the reaction, and thus may be reused several times, but it may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 ZnO 나노입자는 단결정성을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the ZnO nanoparticles may be monocrystalline, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 ZnO 나노입자는 단결정성을 가지며, 예를 들어, 우르츠광 육방 구조(wurtzite hexagonal structures)를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 ZnO 나노입자는, 상기 ZnO 나노입자의 O 이온은 육면체 자리(hexagonal site)에 위치하고, Zn 이온은 사면체 침입형 부위(tetrahedral interstitial site)에 위치하는 우르츠광 육방 구조를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the ZnO nanoparticles are monocrystalline and may have, for example, wurtzite hexagonal structures, but are not limited thereto. For example, in the ZnO nanoparticles, the O ion of the ZnO nanoparticles may be located at a hexagonal site, and the Zn ion may have a Wurtzite hexagonal structure located at a tetrahedral interstitial site However, the present invention is not limited thereto.

본원의 제 2 측면은, ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 제조용 전구체를 함유하는 용액과 폴리옥소메탈레이트를 함유하는 용액을 혼합한 혼합물을 가열함으로써 용매열(solvothermal) 반응에 의하여, 상기 ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 존재하는 폴리옥소메탈레이트를 포함하는 촉매를 수득하는 것을 포함하는, 본원의 제 1 측면에 따른 촉매의 제조 방법을 제공한다.The second aspect of the present invention is directed to a nanoparticle comprising ZnO nanoparticles, TiO 2 nanoparticles, or Al 2 O 3 TiO 2 nanoparticles or Al 2 O 3 nanoparticles by a solvothermal reaction by heating a mixture of a solution containing a precursor for producing nanoparticles and a solution containing polyoxometallate, There is provided a process for preparing a catalyst according to the first aspect of the present invention, which comprises obtaining a catalyst comprising nanoparticles and a polyoxometallate present on the surface of the nanoparticles.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리옥소메탈레이트는 하기 화학식 1에 의하여 표시되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다:In one embodiment of the present invention, the polyoxometallate may be represented by the following general formula (1), but is not limited thereto:

[화학식 1][Chemical Formula 1]

H(e-az)Aa z +[XxM1 mM2 nOy]e- ;H (e-az) A a z + [X x M 1 m M 2 n O y ] e- ;

상기 화학식 1에서, H는 수소이며; A는 주기율표의 1 족으로부터 선택되는 알칼리 금속 원소이며; X는 주기율표의 14 족 또는 15족으로부터 선택되는 원소이며; M1은 몰리브덴, 바나듐, 텅스텐, 니오븀, 탄탈륨, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소이며; M2는 코발트, 철, 아연, 티타늄, 지르코늄, 팔라듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소이며; O는 산소이며; a는 원소 A의 개수이며; z는 원소 A의 전하이며; e는 폴리옥소메탈레이트 음이온의 전하이고; x는 1 내지 5; m은 5 내지 20; n은 0 내지 10; y는 18 내지 62; a는 0 내지 6 인 것임.In Formula 1, H is hydrogen; A is an alkali metal element selected from Group 1 of the periodic table; X is an element selected from group 14 or group 15 of the periodic table; M 1 is an element selected from the group consisting of molybdenum, vanadium, tungsten, niobium, tantalum, and combinations thereof; M 2 is an element selected from the group consisting of cobalt, iron, zinc, titanium, zirconium, palladium, and combinations thereof; O is oxygen; a is the number of elements A; z is the charge of the element A; e is the charge of the polyoxometallate anion; x is 1 to 5; m is from 5 to 20; n is from 0 to 10; y is from 18 to 62; and a is 0 to 6.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 주기율표의 14 족 또는 15 족에 해당하는 원소는 Si, P, Ge, 또는 As일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the element corresponding to group 14 or group 15 of the periodic table may be Si, P, Ge, or As, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리옥소메탈레이트는 케긴(Keggin) 구조, 도손(Dawson) 구조, 및 앤더슨(Anderson) 구조, 린드크비스트(Lindqvist) 구조, 프레이슬러(Preyssler) 구조, 빅-휠(Big-wheel) 구조, 샌드위치 타입 구조, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 구조를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the invention, the polyoxometallate has a Keggin structure, a Dawson structure, and an Anderson structure, a Lindqvist structure, a Preysler structure, a Vick- But is not limited to, a structure selected from the group consisting of a large-wheel structure, a sandwich-type structure, and combinations thereof.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리옥소메탈레이트는 나노입자의 표면에 잘 부착하는 성질을 가짐으로써, 상기 ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자에 표면에 부착되어 ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자의 성질을 변화시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리옥소메탈레이트가 상기 ZnO 나노입자 표면에 부착됨에 따라 루이스 산 자리(Lewis acidic site)와 약한 루이스 염기 자리(weak Lewis basic site)가 모두 존재하게 되어 상기 ZnO 나노입자의 성질이 변화할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the polyoxometallate has a property of adhering well to the surface of the nanoparticles, so that the ZnO nanoparticles, TiO 2 nanoparticles, or Al 2 O 3 The nanoparticles are attached to the surface to form ZnO nanoparticles, TiO 2 nanoparticles, or Al 2 O 3 The nature of the nanoparticles can vary, but may not be limited thereto. For example, as the poloxomometalate is attached to the surface of the ZnO nanoparticles, both a Lewis acidic site and a weak Lewis basic site exist, so that the properties of the ZnO nanoparticles It can change.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 재사용이 가능한 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매는 반응에 사용된 후에도 활성의 현저한 감소를 보이지 않으므로, 여러 차례 재사용될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the catalyst may be reusable, but it is not limited thereto. For example, the catalyst does not show a significant decrease in activity even after it has been used in the reaction, so it can be reused many times.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 ZnO 나노입자는 단결정성을 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the ZnO nanoparticles may be monocrystalline, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 ZnO 나노입자는 단결정성을 가지며, 예를 들어, 우르츠광 육방 구조(wurtzite hexagonal structures)를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 ZnO 나노입자는, 상기 ZnO 나노입자의 O 이온은 헥사고날 부위(hexagonal site)에 위치하고, Zn 이온은 사면체 침입형 부위(tetrahedral interstitial site)에 위치하는 우르츠광 육방 구조를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the ZnO nanoparticles are monocrystalline and may have, for example, wurtzite hexagonal structures, but are not limited thereto. For example, in the ZnO nanoparticles, the O ion of the ZnO nanoparticles is located in a hexagonal site, and the Zn ion has a Wurtzite hexagonal structure located in a tetrahedral interstitial site But may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 혼합물을 가열하는 단계는 약 100℃ 이상의 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합물을 가열하는 단계는, 약 100℃ 이상, 약 100℃ 내지 약 500℃, 약 100℃ 내지 약 400℃, 약 100℃ 내지 약 300℃, 약 100℃ 내지 약 200℃, 약 200℃ 내지 약 500℃, 약 200℃ 내지 약 400℃, 약 200℃ 내지 약 300℃, 약 300℃ 내지 약 500℃, 약 300℃ 내지 약 400℃, 400℃ 내지 약 500℃, 약 100℃ 내지 약 180℃, 또는 약 120℃ 내지 약 180℃의 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the step of heating the mixture may be performed at a temperature in the range of about 100 < 0 > C or higher, but may not be limited thereto. For example, the step of heating the mixture may include heating the mixture to a temperature of about 100 ° C or higher, about 100 ° C to about 500 ° C, about 100 ° C to about 400 ° C, about 100 ° C to about 300 ° C, From about 200 ° C to about 500 ° C, from about 200 ° C to about 400 ° C, from about 200 ° C to about 300 ° C, from about 300 ° C to about 500 ° C, from about 300 ° C to about 400 ° C, About 180 < 0 > C, or about 120 < 0 > C to about 180 < 0 > C.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리옥소메탈레이트는 H3[PW12O40], H5[PW11CoO39], H5[PW11ZnO39], H3[PW11FeO40], 및 이들의 조합들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the polyoxometallate is selected from the group consisting of H 3 [PW 12 O 40 ], H 5 [PW 11 CoO 39 ], H 5 [PW 11 ZnO 39 ], H 3 [PW 11 FeO 40 ] But are not limited to, metals selected from the group consisting of combinations thereof, and the like.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리옥소메탈레이트는 용액에서 [XxM1 mM2 nOy]e-로서 표시되는 음이온 형태로 존재하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the invention, the polyoxometallate may be present in solution in the form of an anion represented as [X x M 1 m M 2 n y y ] e - , but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리옥소메탈레이트는 H3[PW12O40], H5[PW11CoO39], H5[PW11ZnO39] 또는 H3[PW11FeO40]와 같은 형태, 또는 PW12O40 -3, PW11CoO39 -5, PW11ZnO39 -5 또는 PW11FeO40 -5와 같은 음이온 형태로 존재할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the invention, the polyoxometallate is selected from the group consisting of H 3 [PW 12 O 40 ], H 5 [PW 11 CoO 39 ], H 5 [PW 11 ZnO 39 ], or H 3 [PW 11 FeO 40 ] Or in the form of anions such as PW 12 O 40 -3 , PW 11 CoO 39 -5 , PW 11 ZnO 39 -5, or PW 11 FeO 40 -5 , but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 화학식 1 중 A가 존재하지 않을 경우, 구체적으로는 상기 화학식 1의 a가 0인 경우, 상기 폴리옥소메탈레이트는 He[XxM1 mM2 nOy]e-로서 표시되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, when A in Formula 1 is absent, specifically, when a in Formula 1 is 0, the polyoxometallate is H e [X x M 1 m M 2 n O y] may be, but may be represented as e-, not limited to this.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리옥소메탈레이트를 함유하는 용액을 혼합한 혼합물을 가열한 뒤, 원심분리를 통하여 침전물인 ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 존재하는 폴리옥소메탈레이트를 수집하는 단계를 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the mixture obtained by mixing the polyoxometallate-containing solution is heated and then centrifuged to precipitate ZnO nanoparticles, TiO 2 nanoparticles, or Al 2 O 3 nanoparticles, The step of collecting the polyoxometallate present on the surface of the nanoparticles may further include but may not be limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원심분리를 통하여 수집된 ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 존재하는 폴리옥소메탈레이트를 세척하는 단계를 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 세척하는 단계는 물, 알코올, 유기용매 등에 의하여 수행되는 것일 수 있으며, 구체적으로는 증류수, 에탄올을 이용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of washing ZnO nanoparticles, TiO 2 nanoparticles, or Al 2 O 3 nanoparticles and polyoxometallate present on the surfaces of the nanoparticles collected through the centrifugation is added But may not be limited thereto. For example, the washing may be performed by water, an alcohol, an organic solvent or the like. Specifically, the washing may be performed using distilled water or ethanol, but the present invention is not limited thereto.

본원의 제 3 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 존재하는 폴리옥소메탈레이트를 포함하는 촉매의 존재 하에서, 탄소수 2 내지 5의 알킬렌옥사이드와 CO2의 고리화 첨가 반응에 의하여 탄소수 2 내지 5의 환형 카르보네이트류를 제조하는 것을 포함하는, 환상 카보네이트류의 제조 방법을 제공한다. 본원의 제 3 측면에 따른 환상 카보네이트류의 제조 방법에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 3 측면에 동일하게 적용될 수 있다.A third aspect of the invention is directed to a method of making a ZnO nanoparticle, TiO 2 nanoparticle, or Al 2 O 3 A cyclic carbonate having 2 to 5 carbon atoms by the cyclization addition reaction of an alkylene oxide having 2 to 5 carbon atoms with CO 2 in the presence of a nanoparticle and a catalyst containing polyoxometallate present on the surface of the nanoparticle Which comprises reacting a cyclic carbonate of formula Although the description of the method of manufacturing the cyclic carbonate according to the third aspect of the present application is omitted from the description of the parts overlapping with the first aspect of the present application, The same applies to the third aspect.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환형 카보네이트류를 제조하기 위한 상기 촉매의 양은 알킬렌 옥사이드에 대하여 약 0.5 내지 약 10의 중량%(wt%)로 첨가될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 환형 카보네이트류를 제조하기 위한 상기 촉매의 양은 알킬렌 옥사이드에 대하여 약 0.5 내지 약 10, 약 0.5 내지 약 8, 약 0.5 내지 약 6, 약 0.5 내지 약 4, 또는 약 0.5 내지 약 2의 중량%(wt%)로 첨가될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the amount of the catalyst for preparing the cyclic carbonates may be added in an amount of about 0.5 to about 10 wt% (wt%) based on the alkylene oxide, but may not be limited thereto. For example, the amount of catalyst for preparing the cyclic carbonates may range from about 0.5 to about 10, from about 0.5 to about 8, from about 0.5 to about 6, from about 0.5 to about 4, or from about 0.5 to about 10, (Wt%), based on the total weight of the composition.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매의 양이 증가함에 따라 상기 환형 카보네이트류의 생성의 반응 속도가 증가할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, as the amount of the catalyst increases, the reaction rate of generation of the cyclic carbonates may increase, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고리화 첨가 반응은 약 100℃ 이상의 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고리화 첨가반응은 약 100℃ 이상, 약 100℃ 내지 약 500℃, 약 100℃ 내지 약 400℃, 약 100℃ 내지 약 300℃, 약 100℃ 내지 약 200℃, 약 200℃ 내지 약 500℃, 약 200℃ 내지 약 400℃, 약 200℃ 내지 약 300℃, 약 300℃ 내지 약 500℃, 약 300℃ 내지 약 400℃, 약 400℃ 내지 약 500℃, 약 100℃ 내지 약 180℃, 또는 약 120℃ 내지 약 180℃의 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the cyclization addition reaction may be performed in a temperature range of about 100 캜 or higher, but may not be limited thereto. For example, the cyclization addition reaction may be carried out at a temperature of about 100 占 폚 or higher, about 100 占 폚 to about 500 占 폚, about 100 占 폚 to about 400 占 폚, about 100 占 폚 to about 300 占 폚, About 300 ° C to about 500 ° C, about 200 ° C to about 400 ° C, about 200 ° C to about 300 ° C, about 300 ° C to about 500 ° C, about 300 ° C to about 400 ° C, 180 < 0 > C, or from about 120 < 0 > C to about 180 < 0 > C.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고리화 첨가 반응은 상압보다 큰 압력 범위, 즉, 상압(약 0.1013 MPa) 초과에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고리화 첨가 반응의 압력 범위는 반응이 일어나는 반응기가 버틸 수 있는 압력 범위 내라면 자유롭게 조절될 수 있으며, 상기 범위는 상압(약 0.1013 MPa) 초과, 상압 초과 내지 약 10 MPa, 상압 초과 내지 5 MPa, 상압 초과 내지 약 4 MPa, 또는 상압 초과 내지 약 3 MPa일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. In one embodiment of the present invention, the cyclization addition reaction may be performed in a pressure range greater than atmospheric pressure, i.e., atmospheric pressure (about 0.1013 MPa), but may not be limited thereto. For example, the pressure range of the cyclization addition reaction can be freely adjusted if it is within the pressure range in which the reactor in which the reaction takes place can be freely controlled. The range can be atmospheric pressure (about 0.1013 MPa) To more than 5 MPa, from more than normal pressure to about 4 MPa, or from atmospheric pressure to about 3 MPa.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 공촉매로서 다이메틸아미노피리딘(DMAP)을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매는 상기 폴리옥소메탈레이트와 상기 나노입자와의 시너지 효과로 인하여, 공촉매로서 다이메틸아미노피리딘의 존재 하에서 폴리옥소메탈레이트를 포함하지 않는 촉매와 비교하여 더 높은 활성을 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 다이메틸아미노피리딘은 루이스 염기 성질을 가지는 물질로서, 상기 폴리옥소메탈레이트를 통한 촉매 반응에 공촉매로서 작용하여 보다 효과적으로 상기 환상 카보네이트류를 제조하게 할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the catalyst may be, but not limited to, additionally containing dimethylaminopyridine (DMAP) as a cocatalyst. For example, because of the synergistic effect of the polyoxometallate with the nanoparticles, the catalyst exhibits higher activity compared to a catalyst that does not contain polyoxometallate in the presence of dimethylaminopyridine as a cocatalyst But may not be limited thereto. For example, the dimethylaminopyridine is a substance having Lewis basicity, and can act as a cocatalyst in the catalytic reaction through the polyoxometallate to produce the cyclic carbonates more effectively, but is not limited thereto .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 환형 카보네이트류를 제조하는 반응에서 약 80% 이상의 전환율(conversion rate)를 나타내는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 촉매의 전환율은 약 80% 이상, 약 85% 이상, 약 90% 이상, 약 95% 이상, 또는 약 97% 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the catalyst may exhibit a conversion rate of at least about 80% in the reaction for producing cyclic carbonates, but may not be limited thereto. For example, the conversion of the catalyst may be at least about 80%, at least about 85%, at least about 90%, at least about 95%, or at least about 97%.

이하, 본원의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것 일뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are given to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

[[ 실시예Example ] ]

재료material

아연 아세테이트 무수화물(zinc acetate dehydrate), 포스포텅스텐산 수화물(phosphotungstic acid hydrate, H3PW12O40ㆍnH2O), 프로필렌 옥사이드, 및 4-(다이메틸아미노)피리딘이 Sigma-Aldrich로부터 구입되었다. 메탄올은 JT Baker로부터 구입되었다. 디클로로메탄은 Junsei로부터 구입되었다. 모든 시약은 추가 정제 없이 구입된 상태로 사용되었다. Ultrapure Millipore water(18.2 M)는 수용액의 제조에 사용되었다. Hx[PW11MO39]ㆍnH2O(M=Co, Fe, Zn)는 문헌[Tourne, C. M., Tourne, G. F., Malik, S. A., and Weakley, T. J. R. Triheteropolyanions containing copper(II), manganese(II), or manganese(III) J. Inorg. Nucl. Chem. 1970, 32, 3875]에 따라 제조되었다. 9.1 mmol의 Na2HPO4, 100 mmol의 Na2WO4 및 12 mmol의 M(M=Co, Fe, Zn)의 질산 염이 200 mL의 물에서 혼합되었으며 그 pH 값은 4.8로 조정되었다.Zinc acetate dehydrate, phosphotungstic acid hydrate (H 3 PW 12 O 40 .nH 2 O), propylene oxide, and 4- (dimethylamino) pyridine were purchased from Sigma-Aldrich . Methanol was purchased from JT Baker. Dichloromethane was purchased from Junsei. All reagents were used as purchased without further purification. Ultrapure Millipore water (18.2 M) was used in the preparation of aqueous solutions. H x [PW 11 MO 39 ] .nH 2 O (M = Co, Fe, Zn) can be prepared by the method described in Tourne, CM, Tourne, GF, Malik, SA, and Weakley, TJR Triheteropolyanions containing copper ), or manganese (III) J. Inorg. Nucl. Chem. 1970, 32, 3875). 9.1 mmol of Na 2 HPO 4 , 100 mmol of Na 2 WO 4 and 12 mmol of nitrate of M (M = Co, Fe, Zn) were mixed in 200 mL of water and the pH was adjusted to 4.8.

폴리옥소메탈레이트Polyoxometallate -- ZnOZnO 촉매(POM- The catalyst (POM- ZnOZnO 촉매)의 제조 Catalyst)

전형적인 과정에서, 0.25 g의 Zn(CH3COO)2ㆍ2H2O가 마그네틱 교반 하에서 20 mL의 1.0×103 mol/L POMs 메탄올 용액에 첨가되었다. 몇 분 후, 상기 혼합물이 Teflon-lined 스테인리스 오토클레이브로 옮겨져 공기 오븐(forced convectional air oven) 내에서 130℃에서 6 시간 동안 가열되었고 그 후 실온까지 자연적으로 냉각되었다. 상기 침전물이 원심분리에 의하여 수집되었으며, 증류수와 에탄올로 세척된 뒤, 60℃에서 6 시간 동안 건조되었다.In a typical procedure, 0.25 g of Zn (CH 3 COO) 2 .2H 2 O was added to 20 mL of 1.0 × 10 3 mol / L POMs methanol solution under magnetic stirring. After several minutes, the mixture was transferred to a Teflon-lined stainless steel autoclave and heated in a forced convection air oven at 130 ° C for 6 hours and then cooled to room temperature naturally. The precipitate was collected by centrifugation, washed with distilled water and ethanol, and then dried at 60 DEG C for 6 hours.

특성 분석Character analysis

상기 폴리옥소메탈레이트-ZnO 촉매들의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지는 전계-방출 주사 전자 현미경(FEI Magellan 400)을 이용하여 수득되었다. 투과 전자 현미경(TEM) 이미지는 탄소-코팅된 구리 그리드(200 mesh) 상에서 하이드로졸의 방울을 배치한 후에 200 kV에서 Phillips Model Tecnai F20 투과 전자 현미경으로 수득되었다. 고-각도 환상 암-시야 주사 TEM(High-angle annular dark-field scanning TEM, HAADF-STEM) 및 에너지-분산 X-선 분광(EDS) 분석들은 300 kV에서 작동하는 FEI Tecnai G2 F30 Super-Twin 투과 전자 현미경으로 수행되었다. 상기 촉매들의 조성은 유도 결합 플라즈마-원자 방출 분광 분석(inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy, ICP-AES, OPTIMA 3300DV)에 의하여 결정되었다.A scanning electron microscope (SEM) image of the polyoxometallate-ZnO catalysts was obtained using a field-emission scanning electron microscope (FEI Magellan 400). Transmission electron microscopy (TEM) images were obtained on a Phillips Model Tecnai F20 transmission electron microscope at 200 kV after disposing droplets of the hydrosol on a carbon-coated copper grid (200 mesh). High-angle annular dark-field scanning TEM (TEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analyzes were performed on the FEI Tecnai G2 F30 Super-Twin transmission operating at 300 kV Electron microscope. The composition of the catalysts was determined by inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (ICP-AES, OPTIMA 3300DV).

COCO 22 전환 반응 과정 Conversion reaction process

프로필렌 옥사이드에 대한 CO2의 고리화 첨가반응은 스테인리스-스틸 오토클레이브(내부 부피 20 cm3) 내에서 수행되었다. 전형적 반응은 하기 반응식 1에 나타난 것과 같이 수행되었다. 오토클레이브 내에서, CO2는 실온에서 프로필렌 옥사이드(1 cm3), DMF(1 cm3), DMAP(0.17 mol%) 및 상시 실시예에서 제조된 폴리옥소메탈레이트-ZnO 촉매(1.8 wt%)의 혼합물에 첨가되었다. 상기 오토클레이브는 그 후 160℃까지 가열되었으며, 그 압력은 3.5 MPa로 조정되었다. 3.5 MPa의 압력에서 6 시간 동안 상기 반응이 진행된 후, 상기 오토클레이브는 냉각되었으며 상기 반응 생성물은 NMR에 의하여 분석되었다.The cyclization addition of CO 2 to propylene oxide was carried out in a stainless steel-steel autoclave (internal volume 20 cm 3 ). A typical reaction was carried out as shown in Scheme 1 below. In the autoclave, CO 2 was treated with propylene oxide (1 cm 3 ), DMF (1 cm 3 ), DMAP (0.17 mol%) and the polyoxometallate-ZnO catalyst (1.8 wt% Lt; / RTI > The autoclave was then heated to 160 DEG C and its pressure was adjusted to 3.5 MPa. After the reaction had proceeded at a pressure of 3.5 MPa for 6 hours, the autoclave was cooled and the reaction product was analyzed by NMR.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112016028728693-pat00001
Figure 112016028728693-pat00001

폴리옥소메탈레이트-ZnO 촉매(POM-ZnO 촉매)는 160℃에서 Zn(CH3COO)2ㆍ2H2O, CH3OH, 및 POMs의 혼합 용액의 용매열(solvothermal) 처리에 의하여 상기 반응식 1 과 같이 용이하게 제조되었다. 본원의 연구자들은 반응 조건의 다른 변화 없이 상기 4 개의 상이한 치환된-POMs를 변화시켰다. 이하, PW12O40(POM), PW11CoO39(Co-POM), PW11FeO40(Fe-POM) 및 PW11ZnO39(Zn-POM)의 POMs로부터 제조된 ZnO 촉매를 각각 POM-ZnO 촉매, Co-POM-ZnO 촉매, Fe-POM-ZnO 촉매 및 Zn-POM-ZnO 촉매로서 나타냈다. The polyoxometallate-ZnO catalyst (POM-ZnO catalyst) is prepared by solvothermal treatment of a mixed solution of Zn (CH 3 COO) 2 .2H 2 O, CH 3 OH, and POMs at 160 ° C., . The authors of the present invention altered the four different substituted-POMs without any change in the reaction conditions. Or less, PW 12 O 40 (POM) , PW 11 CoO 39 (Co-POM), PW 11 FeO 40 (Fe-POM) and PW 11 ZnO 39 to the ZnO catalyst prepared from the POMs (Zn-POM) each POM- ZnO catalyst, Co-POM-ZnO catalyst, Fe-POM-ZnO catalyst and Zn-POM-ZnO catalyst.

도 1은 수득된 분말[POM-ZnO(a), Co-POM-ZnO(b), Fe-POM-ZnO(c), 및 Zn-POM-ZnO(d) 촉매]의 X-선 회절 패턴을 나타낸다. 상기 수득된 스펙트럼에서 모든 회절 피크는 ZnO의 회절 피크들(공간 그룹: P63mc; JCPDS card no. 36-1451)과 잘 일치하며, 이것은 상기 수득된 분말이 단결정성이며 우르츠광 육방 구조(wurtzite hexagonal structures)를 가지고 있음을 확인한다. 다른 불순물의 특성 피크는 검출되지 않았다. 1 shows the X-ray diffraction patterns of the obtained powders (POM-ZnO (a), Co-POM-ZnO (b), Fe-POM-ZnO (c), and Zn- . All the diffraction peaks in the obtained spectrum agree well with the diffraction peaks of ZnO (space group: P63mc; JCPDS card no. 36-1451), indicating that the powder obtained is monocrystalline and has wurtzite hexagonal structures ). No characteristic peaks of other impurities were detected.

도 2는 POM-ZnO 촉매(a), Co-POM-ZnO 촉매(b), Fe-POM-ZnO 촉매(c), 및 Zn-POM-ZnO(d) 촉매의 SEM 및 TEM 이미지를 나타낸다. 응집체(aggregate)를 갖는 상기 수득된 ZnO 촉매는 나노크기의 결정들로 형성되어있다. 2 shows SEM and TEM images of the POM-ZnO catalyst (a), the Co-POM-ZnO catalyst (b), the Fe-POM-ZnO catalyst (c), and the Zn-POM-ZnO (d) catalyst. The obtained ZnO catalyst with an aggregate is formed of nano-sized crystals.

도 3은 상기 촉매의 Zn 및 W[(a) 및 (d)], Zn, Co 및 W(b), Zn, Fe 및 W(c) 원소에 대한 고-각도 환상 암-시야 주사 TEM(HAADF-STEM) 이미지 및 대응점 에너지-분산 X-선 분광 분석(EDS) 데이터를 나타낸다. 상기 POM-ZnO 촉매, Co-POM-ZnO 촉매, Fe-POM-ZnO 촉매, 및 Zn-POM-ZnO 촉매에 있어서 Zn 및 W의 상대적 조성은, 각각 EDS에 의하여 87.9:12.1, 90.3:9.7, 93.1:6.9, 및 93:7인 것으로 측정되었다. Figure 3 shows the results of a high-angle annular-field-scanning TEM (HAADF) analysis of Zn and W [(a) and (d)], Zn, Co and W (b), Zn, Fe and W -STEM) image and corresponding point energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) data. The relative compositions of Zn and W in the POM-ZnO catalyst, Co-POM-ZnO catalyst, Fe-POM-ZnO catalyst and Zn-POM-ZnO catalyst were 87.9: 12.1, 90.3: 9.7, 93.1 : 6.9, and 93: 7, respectively.

상기 POM-ZnO 촉매의 FT-IR 스펙트럼과 본래(pristine) POMs의 스펙트럼과의 비교는 상기 POMs가 상기 반응 후에 그들의 Keggin 구조를 유지하면서 상기 촉매 표면에 존재함을 추가로 나타냈다(도 4). 도 4에서, 1100 cm-1에서 800 cm-1에 위치한 4 개의 진동 피크는 상기 클러스터의 정사면체(tetrahedral) P-O 결합, 말단 W=O 결합, 및 두 가지 타입의 브릿징(bridging) W-O-W 결합의 스트레칭 진동들(stretching vibration)으로부터 유래되었다. A comparison of the FT-IR spectra of the POM-ZnO catalyst with the spectra of pristine POMs further indicated that the POMs were present on the catalyst surface while maintaining their Keggin structure after the reaction (FIG. 4). 4, the four vibration peaks located at 1100 cm -1 to 800 cm -1 are the tetrahedral PO bond, the terminal W = O bond, and the two types of bridging WOW bond stretching of the cluster It originated from stretching vibration.

향상된 촉매적 작용들은 상기 리간드들에 의하여 가능하게 된 반응과 ZnO 표면 사이의 상호작용의 조절에 기인되었다. 이와 관련하여, 에폭사이드 및 CO2로부터 상기 환형 카보네이트의 제조를 위한 상기 POM-Zn 촉매의 촉매적 활성 및 순환성(recyclability)이 조사되었다. 그 결과는 화학 반응에 대한 ZnO 촉매의 상기 촉매적 성능에 대한 상기 POMs의 영향을 연구하기 위하여 상업적인 ZnO 촉매와 비교되었다. 160℃에서 2 시간 동안 1.8 wt%의 촉매를 이용하여 CO2와 프로필렌 사이의 커플링 반응에 대한 상기 환형 카보네이트 수율이 프로필 카보네이트의 양에 대하여 상기 생성물의 양을 측정함으로써 수득되었다(도 5).The improved catalytic activities were due to the control of the interaction between the ZnO surface and the reaction enabled by the ligands. In this regard, catalytic activity and recyclability of the POM-Zn catalyst for the preparation of the cyclic carbonate from epoxide and CO 2 have been investigated. The results were compared with commercial ZnO catalysts to study the effect of the POMs on the catalytic performance of ZnO catalysts for chemical reactions. The cyclic carbonate yield for the coupling reaction between CO 2 and propylene using 1.8 wt% catalyst at 160 ° C for 2 hours was obtained by measuring the amount of product relative to the amount of propyl carbonate (FIG. 5).

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 상업적인 ZnO 촉매는 단지 3%를 전환한 반면, 상기 생성물의 99, 99, 97, 및 97% 전환이 POM-ZnO 촉매, Co-POM-ZnO 촉매, Fe-POM-ZnO 촉매 및 Zn-POM-ZnO 촉매에 의하여 수득되었다. 이러한 결과는, 상기 POMs에 의하여 부여된 향상된 표면 루이스 산성도(acidity)에 기인될 수 있으며, 이것은 루이스 산에 의한 상기 에폭사이드의 활성화, 상기 에폭사이드 고리의 열림(opening), 이산화탄소의 삽입 및 상기 고리의 닫힘(closure)을 촉진하여 환형 카보네이트를 수득하게 한다.As shown in Table 1 below, the commercial ZnO catalyst switched only 3%, while the 99, 99, 97, and 97% conversion of the product was POM-ZnO catalyst, Co-POM-ZnO catalyst, Fe-POM -ZnO catalyst and a Zn-POM-ZnO catalyst. This result can be attributed to the improved surface Lewis acidity afforded by the POMs, which is due to the activation of the epoxide by the Lewis acid, the opening of the epoxide ring, the insertion of carbon dioxide, Thereby promoting the closure of the cyclic carbonate.

Figure 112016028728693-pat00002
Figure 112016028728693-pat00002

a반응 조건: 프로필렌 옥사이드(1 cm3), CH2Cl2(1 cm3), DMAP(0.17 mol%), 촉매(1.8 wt%), 반응 시간 2 시간. b반응 혼합물 분취(aliquot)의 1H NMR 분석에 기초함. a reaction conditions: propylene oxide (1 cm 3 ), CH 2 Cl 2 (1 cm 3 ), DMAP (0.17 mol%), catalyst (1.8 wt%), reaction time 2 hours. b Based on 1 H NMR analysis of reaction mixture aliquot.

상기 POM-ZnO 촉매의 순환성을 확인하기 위해, 상기 순환된 촉매가, DMAP를 포함하는 신선한 시약을 첨가한 후, 연속되는 두 번째 및 세 번째 촉매반응 실행을 위하여 적용되었다. 흥미롭게도, 상기 전환은 상기 세 번째 촉매반응 실행 후에도 여전히 유지된다(표 2). 이것은 상기 POM-ZnO 촉매가 그들의 활성에서 현저한 손실 없이 순환될 수 있음을 나타낸다. 촉매화 반응에서, 상기 촉매의 침출(leaching)은 촉매의 효율의 저하의 주요한 원인이다.To confirm the circulation of the POM-ZnO catalyst, the circulated catalyst was applied for successive second and third catalytic reaction runs after the addition of fresh reagents containing DMAP. Interestingly, the conversion is still maintained after the third catalytic reaction run (Table 2). This indicates that the POM-ZnO catalyst can be circulated without significant loss in their activity. In the catalyzed reaction, leaching of the catalyst is a major cause of the degradation of the efficiency of the catalyst.

Figure 112016028728693-pat00003
Figure 112016028728693-pat00003

촉매의 반응 조건: 프로필렌 옥사이드(1 cm3), CH2Cl2(1 cm3), DMAP(0.17 mol%), 촉매(1.8 wt%). 반응 혼합물 분취(aliquot)의 1H NMR 분석에 기초함. 표 2의 값은 순환율(%)을 나타냄.Reaction conditions of the catalyst: propylene oxide (1 cm 3 ), CH 2 Cl 2 (1 cm 3 ), DMAP (0.17 mol%), catalyst (1.8 wt%). Based on 1 H NMR analysis of reaction mixture aliquot. The values in Table 2 represent the net exchange rate (%).

요약하면, 본원에서 다양한 m-POM-ZnO 촉매가 용이한 원-팟(one-pot) 용매열 방법을 통하여 제조되었다. 에폭사이드 및 CO2로부터 환형 카보네이트의 제조를 위한 촉매로서 평가된 바와 같이, POM-ZnO 촉매가 우수한 촉매적 활성 및 재사용가능성(reusability)을 나타내는 것이 발견되었다.In summary, various m-POM-ZnO catalysts have been prepared herein through an easy one-pot solvent heating method. It has been found that POM-ZnO catalysts exhibit excellent catalytic activity and reusability, as evaluated as catalysts for the production of cyclic carbonates from epoxides and CO 2 .

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that the foregoing description of the embodiments is for illustrative purposes and that those skilled in the art can easily modify the invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

Claims (14)

ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 존재하는 폴리옥소메탈레이트를 포함하는, 촉매.
ZnO nanoparticles, TiO 2 nanoparticles, or Al 2 O 3 nanoparticles and a polyoxometallate present on the surface of the nanoparticles.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리옥소메탈레이트는 하기 화학식 1에 의하여 표시되는 것인, 촉매:
[화학식 1]
H(e-az)Aa z +[XxM1 mM2 nOy]e- ;
상기 화학식 1에서,
H는 수소이며;
A는 주기율표의 1 족으로부터 선택되는 알칼리 금속 원소이며;
X는 주기율표의 14 족 또는 15 족으로부터 선택되는 원소이며;
M1은 몰리브덴, 바나듐, 텅스텐, 니오븀, 탄탈륨, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소이며;
M2는 코발트, 철, 아연, 티타늄, 지르코늄, 팔라듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소이며;
O는 산소이며;
a는 원소 A의 개수이며; z는 원소 A의 전하이며; e는 폴리옥소메탈레이트 음이온의 전하이고;
x는 1 내지 5; m은 5 내지 20; n은 0 내지 10; y는 18 내지 62; a는 0 내지 6 인 것임.
The method according to claim 1,
Wherein the polyoxometalate is represented by the following Formula 1:
[Chemical Formula 1]
H (e-az) A a z + [X x M 1 m M 2 n O y ] e- ;
In Formula 1,
H is hydrogen;
A is an alkali metal element selected from Group 1 of the periodic table;
X is an element selected from group 14 or group 15 of the periodic table;
M 1 is an element selected from the group consisting of molybdenum, vanadium, tungsten, niobium, tantalum, and combinations thereof;
M 2 is an element selected from the group consisting of cobalt, iron, zinc, titanium, zirconium, palladium, and combinations thereof;
O is oxygen;
a is the number of elements A; z is the charge of the element A; e is the charge of the polyoxometallate anion;
x is 1 to 5; m is from 5 to 20; n is from 0 to 10; y is from 18 to 62; and a is 0 to 6.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리옥소메탈레이트는 H3[PW12O40], H5[PW11CoO39], H5[PW11ZnO39], H3[PW11FeO40], 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택되는 것을 포함하는 것인, 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the polyoxometallate is selected from the group consisting of H 3 [PW 12 O 40 ], H 5 [PW 11 CoO 39 ], H 5 [PW 11 ZnO 39 ], H 3 [PW 11 FeO 40 ] ≪ / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 촉매는 탄소수 2 내지 5의 알킬렌 옥사이드와 CO2의 고리화 첨가 반응에 의하여 환형 카르보네이트류를 제조하는 반응에 사용되는 것인, 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the catalyst is used in a reaction for producing cyclic carbonates by the cyclization addition reaction of an alkylene oxide having 2 to 5 carbon atoms and CO 2 .
제 1 항에 있어서,
공촉매(cocatalyst)로서 다이메틸아미노피리딘(DMAP)를 추가 포함하는, 촉매.
The method according to claim 1,
And further comprising dimethylaminopyridine (DMAP) as a cocatalyst.
제 1 항에 있어서,
상기 촉매는 재사용이 가능한 것인, 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the catalyst is reusable.
제 1 항에 있어서,
상기 ZnO 나노입자는 단결정성을 가지는 것인, 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the ZnO nanoparticles are monocrystalline.
ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 제조용 전구체를 함유하는 용액과 폴리옥소메탈레이트를 함유하는 용액을 혼합한 혼합물을 가열함으로써 용매열 반응에 의하여, ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 존재하는 폴리옥소메탈레이트를 포함하는 촉매를 수득하는 것을 포함하는, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 촉매의 제조 방법.
ZnO nanoparticles, TiO 2 nanoparticles, or Al 2 O 3 A mixture of a solution containing a precursor for producing nanoparticles and a solution containing a polyoxometallate is heated by a solvent thermal reaction to form a ZnO nanoparticle, TiO 2 nanoparticle, or Al 2 O 3 8. A process for producing a catalyst according to any one of claims 1 to 7, comprising obtaining a catalyst comprising nanoparticles and a polyoxometallate present on the surface of the nanoparticles.
제 8 항에 있어서,
상기 폴리옥소메탈레이트는 하기 화학식 1에 의하여 표시되는 것인, 촉매의 제조 방법:
[화학식 1]
H(e-az)Aa z +[XxM1 mM2 nOy]e- ;
상기 화학식 1에서,
H는 수소이며;
A는 주기율표의 1 족으로부터 선택되는 알칼리 금속 원소이며;
X는 주기율표의 14 족 또는 15족으로부터 선택되는 원소이며;
M1은 몰리브덴, 바나듐, 텅스텐, 니오븀, 탄탈륨, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소이며;
M2는 코발트, 철, 아연, 티타늄, 지르코늄, 팔라듐, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 원소이며;
O는 산소이며;
a는 원소 A의 개수이며; z는 원소 A의 전하이며; e는 폴리옥소메탈레이트 음이온의 전하이고;
x는 1 내지 5; m은 5 내지 20; n은 0 내지 10; y는 18 내지 62; a는 0내지 6 인 것임.
9. The method of claim 8,
Wherein the polyoxometallate is represented by the following formula (1): < EMI ID =
[Chemical Formula 1]
H (e-az) A a z + [X x M 1 m M 2 n O y ] e- ;
In Formula 1,
H is hydrogen;
A is an alkali metal element selected from Group 1 of the periodic table;
X is an element selected from group 14 or group 15 of the periodic table;
M 1 is an element selected from the group consisting of molybdenum, vanadium, tungsten, niobium, tantalum, and combinations thereof;
M 2 is an element selected from the group consisting of cobalt, iron, zinc, titanium, zirconium, palladium, and combinations thereof;
O is oxygen;
a is the number of elements A; z is the charge of the element A; e is the charge of the polyoxometallate anion;
x is 1 to 5; m is from 5 to 20; n is from 0 to 10; y is from 18 to 62; and a is 0 to 6.
제 8 항에 있어서,
상기 혼합물을 가열하는 단계는 100℃ 이상의 온도 범위에서 수행되는 것인, 촉매의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the step of heating the mixture is carried out in a temperature range of 100 DEG C or higher.
제 8 항에 있어서,
상기 폴리옥소메탈레이트는 H3[PW12O40], H5[PW11CoO39], H5[PW11ZnO39], H3[PW11FeO40], 및 이들의 조합들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속을 포함하는 것인, 촉매의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The polyoxometallate is a group consisting of H 3 [PW 12 O 40 ], H 5 [PW 11 CoO 39 ], H 5 [PW 11 ZnO 39 ], H 3 [PW 11 FeO 40 ] ≪ / RTI > and a metal selected from the group consisting of:
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 ZnO 나노입자, TiO2 나노입자, 또는 Al2O3 나노입자 및 상기 나노입자의 표면에 존재하는 폴리옥소메탈레이트를 포함하는 촉매의 존재 하에서, 탄소수 2 내지 5의 알킬렌옥사이드와 CO2의 고리화 첨가 반응에 의하여 탄소수 2 내지 5의 환형 카르보네이트류를 제조하는 것을 포함하는, 환상 카보네이트류의 제조 방법.
A nanoparticle comprising a ZnO nanoparticle, a TiO 2 nanoparticle, or an Al 2 O 3 nanoparticle according to any one of claims 1 to 7 A cyclic carbonate having 2 to 5 carbon atoms by the cyclization addition reaction of an alkylene oxide having 2 to 5 carbon atoms with CO 2 in the presence of a nanoparticle and a catalyst containing polyoxometallate present on the surface of the nanoparticle Or a mixture thereof.
제 12 항에 있어서,
상기 고리화 첨가 반응은 100℃ 이상의 온도 범위에서 수행되는 것인, 환상 카보네이트류의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the cyclization addition reaction is carried out in a temperature range of 100 占 폚 or more.
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