KR102358489B1 - Method of preparing sparsely pillared organic-inorganic hybrid compound - Google Patents

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Abstract

저밀도 기둥 구조의 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법이 개시된다. 개시된 저밀도 기둥 구조의 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법은 3가 금속 양이온 소스, 알칼리 부여제 및 제1 용매를 사용하여 수열합성법이 아닌 방법에 의해 깁사이트 구조의 화합물을 제조하는 단계(S10), 및 상기 깁사이트 구조의 화합물, 2가 금속 양이온 소스, 디카르복실산 및 제2 용매를 사용하여 수열합성법이 아닌 방법에 의해 유무기 하이브리드 화합물을 제조하는 단계(S20)를 포함한다. Disclosed is a method for preparing an organic-inorganic hybrid compound having a low-density columnar structure. The disclosed method for producing an organic-inorganic hybrid compound having a low-density columnar structure includes the steps of preparing a compound having a gibbsite structure by a method other than hydrothermal synthesis using a trivalent metal cation source, an alkali imparting agent, and a first solvent (S10), and and preparing an organic-inorganic hybrid compound by a method other than hydrothermal synthesis using the compound having the gibbsite structure, a divalent metal cation source, dicarboxylic acid, and a second solvent (S20).

Description

저밀도 기둥 구조의 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법{Method of preparing sparsely pillared organic-inorganic hybrid compound}Method of preparing sparsely pillared organic-inorganic hybrid compound of low-density columnar structure

저밀도 기둥 구조의 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 층상구조의 무기물층들 사이에 디카르복실산 이온이 기둥 형태로 삽입되어 기둥 밀도가 극히 낮으면서도 구조적 안정성이 우수한 저밀도 기둥 구조의 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법이 개시된다.Disclosed is a method for preparing an organic-inorganic hybrid compound having a low-density columnar structure. More specifically, a method for preparing an organic-inorganic hybrid compound having a low-density columnar structure having excellent structural stability while having extremely low column density as dicarboxylic acid ions are inserted in a columnar form between inorganic material layers having a layered structure is disclosed.

깁사이트(gibbsite, γ-Al(OH)3) 또는 다른 층상구조 물질(예를 들어, hydrotalcite)에 여러가지 유기물을 인터칼레이션(intercalation: 삽입)하는 실험은 기존에도 있어 왔으나(선행기술문헌 1 및 2 참조), 유기물이 층 사이에 삽입될 경우 일반적으로 빈 자리가 거의 없이 가득차게 들어가는 경향이 있다. 따라서, 기존의 유무기 하이브리드 화합물의 경우에는 층간 공간을 다른 물질의 흡착이나 가스 포집에 효과적으로 쓸 여지가 별로 없었다. Although gibbsite (γ-Al(OH) 3 ) or other layered materials (eg, hydrotalcite), an experiment of intercalation (intercalation: insertion) of various organic materials has been previously conducted (Prior Art Document 1 and 2), when organic matter is inserted between the layers, it generally tends to fill up with few vacancies. Therefore, in the case of the conventional organic-inorganic hybrid compound, there is not much room to effectively use the interlayer space for adsorption of other materials or gas collection.

종래에는 공장과 가정에서 유해물질을 흡착하거나 혹은 각종 가스를 저장하는데 쓰이는 물질로서 활성탄(activated carbon) 혹은 산화 알루미늄 분말 등이 이용되어 왔다(선행기술문헌 3 및 4 참조).Conventionally, activated carbon or aluminum oxide powder has been used as a material used to adsorb harmful substances or store various gases in factories and homes (see Prior Art Documents 3 and 4).

활성탄의 경우 비표면적이 넓고 미세한 공극(micro pore)이 발달하여 악취 등 유해가스를 제거하거나 물의 정수 등에도 널리 쓰인다. 그러나, 활성탄은 공극의 크기가 너무 미세하여 총 공극부피(pore volume)가 작고, 흡착할 수 있는 물질에도 제한이 있으며, 습기가 높은 상황에서 가스 흡착 효율이 급격히 떨어지는 문제점이 있다(선행기술문헌 4 참조). Activated carbon has a large specific surface area and micro-pores, so it is widely used to remove harmful gases such as odors or to purify water. However, activated carbon has a problem in that the size of pores is too fine, the total pore volume is small, there is a limit to the material that can be adsorbed, and the gas adsorption efficiency is sharply decreased in a high humidity situation (Prior Art Document 4) Reference).

산화 알루미늄의 경우 분말 표면에서 유해물질을 흡착하는 성질이 우수하다. 그러나, 산화 알루미늄(혹은 이와 유사한 hydrotalcite 구조 물질)은 다른 물질을 흡착할 수 있는 비표면적 및 공극의 총 부피가 상대적으로 작은 문제점이 있다(선행기술문헌 4 및 5 참조) In the case of aluminum oxide, it has an excellent property of adsorbing harmful substances on the surface of the powder. However, aluminum oxide (or a similar hydrotalcite structure material) has a problem in that the specific surface area capable of adsorbing other materials and the total volume of pores are relatively small (see Prior Art Documents 4 and 5).

1. A. V. Besserguenev et al., Chem. Mater. 1997, 9, 241-2471. A. V. Besserguenev et al., Chem. Mater. 1997, 9, 241-247 2. J. R. Rees et al., J. Solid State Chem. 2015, 224, 362. J. R. Rees et al., J. Solid State Chem. 2015, 224, 36 3. https://en.wikipedia.org/wiki/Activated_carbon3. https://en.wikipedia.org/wiki/Activated_carbon 4. C. Nedez et al., Langmuir 1996, 12, 3927-39314. C. Nedez et al., Langmuir 1996, 12, 3927-3931 5. M. E. Perez-Bernal et al., J. Solid State Chem. 2009, 182, 1593-16015. M. E. Perez-Bernal et al., J. Solid State Chem. 2009, 182, 1593-1601

본 발명의 일 구현예는 기둥밀도가 극히 낮으면서도 구조적 안정성이 우수한 저밀도 기둥 구조의 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a method for preparing an organic-inorganic hybrid compound having a low-density columnar structure having an extremely low columnar density and excellent structural stability.

본 발명의 일 측면은,One aspect of the present invention is

3가 금속 양이온 소스, 알칼리 부여제 및 제1 용매를 사용하여 수열합성법이 아닌 방법에 의해 깁사이트 구조의 화합물을 제조하는 단계(S10); 및preparing a compound having a gibbsite structure by a method other than hydrothermal synthesis using a trivalent metal cation source, an alkali imparting agent, and a first solvent (S10); and

상기 깁사이트 구조의 화합물, 2가 금속 양이온 소스, 디카르복실산 및 제2 용매를 사용하여 수열합성법이 아닌 방법에 의해 유무기 하이브리드 화합물을 제조하는 단계(S20)를 포함하는 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법을 제공한다.The organic-inorganic hybrid compound comprising the step (S20) of preparing an organic-inorganic hybrid compound by a method other than hydrothermal synthesis using the compound of the gibbsite structure, a divalent metal cation source, dicarboxylic acid, and a second solvent A manufacturing method is provided.

상기 3가 금속 양이온 소스는 Al3+, Fe3+, Cr3+, B3+, Ga3+, In3+, Y3+ 또는 이들의 조합을 포함하는 3가 금속 양이온의 소스일 수 있다.The trivalent metal cation source may be a source of trivalent metal cations including Al 3+ , Fe 3+ , Cr 3+ , B 3+ , Ga 3+ , In 3+ , Y 3+ , or a combination thereof. .

상기 알칼리 부여제는 NaOH, LiOH, KOH, LiBH4, NaBH4, KBH4, LiH, NaH, LiAlH4, NaAlH4, KAlH4, (i-Bu2AlH)2, LiHCO3, NaHCO3, KHCO3, Li2CO3, Na2CO3, K2CO3, NH4OH 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The alkali-imparting agent is NaOH, LiOH, KOH, LiBH 4 , NaBH 4 , KBH 4 , LiH, NaH, LiAlH 4 , NaAlH 4 , KAlH 4 , ( i -Bu 2 AlH) 2 , LiHCO 3 , NaHCO 3 , KHCO 3 , Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , NH 4 OH, or a combination thereof.

상기 제1 용매 또는 상기 제2 용매는 물을 포함할 수 있다.The first solvent or the second solvent may include water.

상기 깁사이트 구조의 화합물은 XRD 분석결과에서는 무정형으로 나타날 수 있다.The compound having the gibbsite structure may appear amorphous in the XRD analysis result.

상기 2가 금속 양이온 소스는 Zn2+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ 또는 이들의 조합을 포함하는 2가 금속 양이온의 소스일 수 있다.The divalent metal cation source is 2 including Zn 2+ , Mn 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ or a combination thereof It may be a source of valent metal cations.

상기 디카르복실산은 테레프탈산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 2-메틸글루타르산, 3-메틸글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸디산, 도데칸디산, 브라실산, 테트라데칸디산, 푸마르산, 2,2-디메틸글루타르산, 말레산, 아세틸렌디카복실산, 글루타코닉산, 2-디센다이오익산, 트라우마틱산, 뮤콘산, 글루티닉산, 시트라코닉산, 메사코닉산, 이타콘산, 타르트론산, 메소살릭산, 말릭산, 타타르산, 옥살아세트산, 아스파르트산, 글루탐산, 디아미노피멜산, 사카릭산 및 2,6-나프탈렌다이카르복시산 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The dicarboxylic acid is terephthalic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, 2-methylglutaric acid, 3-methylglutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, unde Candiic acid, dodecanedioic acid, brassylic acid, tetradecanedioic acid, fumaric acid, 2,2-dimethyl glutaric acid, maleic acid, acetylenedicarboxylic acid, glutaconic acid, 2-disenedioic acid, traumatic acid, muconic acid, Glutinic acid, citraconic acid, mesaconic acid, itaconic acid, tartronic acid, mesosalic acid, malic acid, tartaric acid, oxaloacetic acid, aspartic acid, glutamic acid, diaminopimelic acid, saccharic acid and 2,6-naphthalene dicarboxylic acids or combinations thereof.

상기 유무기 하이브리드 화합물은 휘발성 유기화합물, 액상의 환경 유해 물질, 다환 방향족 탄화수소, 배기가스 계열의 환경 오염 물질, 온실가스, 방사능 물질, 유해 중금속, 독성 화학물질 또는 수소가스의 흡착능 및 저장능을 가질 수 있다.The organic-inorganic hybrid compound has the ability to adsorb and store volatile organic compounds, liquid environmental hazardous substances, polycyclic aromatic hydrocarbons, exhaust gas-based environmental pollutants, greenhouse gases, radioactive substances, hazardous heavy metals, toxic chemicals, or hydrogen gas. can

상기 단계(S10)는, 상기 3가 금속 양이온 소스를 상기 제1 용매에 용해시켜 제1 금속염 용액을 제조하는 단계(S10-1), 상기 알칼리 부여제를 상기 제1 용매에 용해시켜 알칼리 용액을 제조하는 단계(S10-2), 및 상기 제1 금속염 용액과 상기 알칼리 용액을 상온에서 접촉시켜 깁사이트 구조의 화합물을 합성하는 단계(S10-3)를 포함할 수 있다.The step (S10) comprises dissolving the trivalent metal cation source in the first solvent to prepare a first metal salt solution (S10-1), dissolving the alkali imparting agent in the first solvent to prepare an alkali solution It may include preparing (S10-2), and synthesizing a compound having a gibbsite structure by contacting the first metal salt solution and the alkali solution at room temperature (S10-3).

상기 단계(S20)는, 상기 깁사이트 구조의 화합물, 상기 2가 금속 양이온 소스, 상기 디카르복실산 및 상기 제2 용매를 혼합하여 혼합물을 얻는 단계(S20-1), 및 상기 혼합물을 50~90℃로 가열한 후 3~72시간 동안 유지시켜 유무기 하이브리드 화합물을 합성하는 단계(S20-2)를 포함할 수 있다.The step (S20) is a step (S20-1) of obtaining a mixture by mixing the compound of the gibbsite structure, the divalent metal cation source, the dicarboxylic acid and the second solvent (S20-1), and 50~ After heating to 90 ℃ may include the step of synthesizing the organic-inorganic hybrid compound by maintaining it for 3 to 72 hours (S20-2).

본 발명의 다른 측면은,Another aspect of the present invention is

각각 일방향으로 연장되어 서로 마주보도록 배치된 두 개의 무기물층; 및two inorganic material layers extending in one direction to face each other; and

상기 두 개의 무기물층 사이에 배치된 유기물층을 포함하고,An organic material layer disposed between the two inorganic material layers,

상기 각 무기물층은 팔면체 자리(octahedral site)에 2가 양이온 금속이 도핑(doping)된 깁사이트 구조를 가지고,Each inorganic layer has a gibbsite structure in which a divalent cation metal is doped at an octahedral site,

상기 유기물층은 상기 각 무기물층과 화학적으로 결합되어 상기 두 개의 무기물층을 서로 연결하는 복수의 기둥부를 포함하는 유무기 하이브리드 화합물을 제공한다.The organic material layer is chemically bonded to each of the inorganic material layers to provide an organic-inorganic hybrid compound including a plurality of pillars connecting the two inorganic material layers to each other.

상기 유기물층은 상기 두 개의 무기물층 사이에 이들이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되게 배치된 복수의 기둥부를 포함할 수 있다.The organic material layer may include a plurality of pillar portions disposed between the two inorganic material layers to extend in a direction crossing the extending direction.

상기 2가 양이온은 상기 팔면체 자리 주위에 존재하는 6개의 산소 원자 모두와 배위결합하고, 상기 유기물층에 존재하는 음이온과도 정전기적 인력에 의해 결합할 수 있다.The divalent cation may coordinate with all six oxygen atoms present around the octahedral site, and may also bind with anions present in the organic layer by electrostatic attraction.

상기 유기물층은 상기 각 무기물층과 수소결합을 형성할 수 있다.The organic material layer may form a hydrogen bond with each of the inorganic material layers.

상기 유무기 하이브리드 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:The organic-inorganic hybrid compound may be represented by the following Chemical Formula 1:

[화학식 1][Formula 1]

[M(II) xM(III)(OH)3]2x+(A2-)x [M (II) x M (III) (OH) 3 ] 2x+ (A 2- ) x

식 중, M(II)는 2가 금속 양이온이고, M(III)는 3가 금속 양이온이고, A2-는 디카르복실산 이온이고, 0 < x < 0.2이다. wherein M (II) is a divalent metal cation, M (III) is a trivalent metal cation, A 2 - is a dicarboxylic acid ion, and 0 < x < 0.2.

상기 화학식 1에서, 0.03 ≤ x ≤ 0.150일 수 있다.In Formula 1, 0.03 ≤ x ≤ 0.150.

상기 M(II)는 Zn2+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The M (II) may include Zn 2+ , Mn 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , or a combination thereof. .

상기 M(III)는 Al3+, Fe3+, Cr3+, B3+, Ga3+, In3+, Y3+ 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The M (III) may include Al 3+ , Fe 3+ , Cr 3+ , B 3+ , Ga 3+ , In 3+ , Y 3+ , or a combination thereof.

상기 A2-는 테레프탈산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 2-메틸글루타르산, 3-메틸글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸디산, 도데칸디산, 브라실산, 테트라데칸디산, 푸마르산, 2,2-디메틸글루타르산, 말레산, 아세틸렌디카복실산, 글루타코닉산, 2-디센다이오익산, 트라우마틱산, 뮤콘산, 글루티닉산, 시트라코닉산, 메사코닉산, 이타콘산, 타르트론산, 메소살릭산, 말릭산, 타타르산, 옥살아세트산, 아스파르트산, 글루탐산, 디아미노피멜산, 사카릭산 및 2,6-나프탈렌다이카르복시산 또는 이들의 조합에서 유래된 2가 음이온을 포함할 수 있다.A 2 - is terephthalic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, 2-methylglutaric acid, 3-methylglutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, unde Candiic acid, dodecanedioic acid, brassylic acid, tetradecanedioic acid, fumaric acid, 2,2-dimethyl glutaric acid, maleic acid, acetylenedicarboxylic acid, glutaconic acid, 2-disenedioic acid, traumatic acid, muconic acid, Glutinic acid, citraconic acid, mesaconic acid, itaconic acid, tartronic acid, mesosalic acid, malic acid, tartaric acid, oxaloacetic acid, aspartic acid, glutamic acid, diaminopimelic acid, saccharic acid and 2,6-naphthalene It may contain a divalent anion derived from a dicarboxylic acid or a combination thereof.

상기 유무기 하이브리드 화합물은 하기 수학식 1로 표시되는 기둥 밀도가 1/(360Å2)개 ~ 1/(55Å2)개일 수 있다:The organic-inorganic hybrid compound may have a column density of 1/(360 Å 2 ) to 1/(55 Å 2 ) represented by Equation 1 below:

[수학식 1][Equation 1]

기둥 밀도 = 단일 유기물층 중의 기둥부의 총 개수/단일 무기물층의 평면 표면적. Pillar density = total number of pillars in a single organic layer/planar surface area of a single inorganic layer.

상기 유무기 하이브리드 화합물은 상기 수학식 1로 표시되는 기둥 밀도가 1/(306Å2)개 ~ 1/(74Å2)개일 수 있다.The organic-inorganic hybrid compound may have a column density of 1/(306 Å 2 ) to 1/(74 Å 2 ) represented by Equation 1 above.

상기 유기물층에서 서로 인접한 기둥부들 간의 평균거리가 8.0~20.6Å일 수 있다. In the organic material layer, an average distance between adjacent pillars may be 8.0 to 20.6 Å.

상기 유기물층에서 서로 인접한 기둥부들 간의 평균거리가 9.2~18.8Å일 수 있다. An average distance between adjacent pillars in the organic material layer may be 9.2 to 18.8 Å.

본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 하이브리드 화합물은 하기와 같은 이점들을 갖는다. The organic-inorganic hybrid compound according to an embodiment of the present invention has the following advantages.

(1) 기둥 밀도가 극히 낮으면서도 구조적 안정성이 우수하다.(1) Structural stability is excellent while the column density is extremely low.

(2) 무기물층들 사이에 빈 공간이 많이 생겨 공극 부피(pore volume) 및 표면적(surface area)이 늘어난다.(2) A lot of empty spaces are formed between the inorganic layers, so that a pore volume and a surface area are increased.

(3) 기둥 밀도가 현저히 낮기 때문에 깁사이트 구조를 갖는 무기물층의 팔면체 자리(octahedral site)에 도핑시키는 금속(예를 들어, Zn)의 양 및 기둥으로 작용하는 유기물(예를 들어, 테레프탈산 이온(terephthalate))의 양이 훨씬 적게 요구된다.(3) The amount of metal (e.g., Zn) doped to the octahedral site of the inorganic layer having a gibbsite structure because the column density is remarkably low and an organic material acting as a column (e.g., terephthalate ion ( The amount of terephthalate)) is much lower.

(4) 기둥부들 사이 거리가 멀어(대표적으로, 화학식 1에서 x의 명목치가 0.0625 이하인 경우에 거리는 14 Angstrom 이상이 되어) 비교적 큰 분자(예를 들어, 발암물질로 알려진 벤조(a)피렌)도 기둥부들 사이에 잘 들어가 흡착된다.(4) The distance between the pillars is long (typically, when the nominal value of x in Formula 1 is 0.0625 or less, the distance becomes 14 Angstrom or more)   Even relatively large molecules (for example, benzo (a) pyrene, known as a carcinogen) It enters well between the pillars and is adsorbed.

(5) 같은 부피에 대해 구성물질의 양이 적은 만큼 무게를 경감할 수 있다. 물질 고유의 밀도는 기둥구조가 없는 순수한 gibbsite에서 2.42g/cm3이지만 M(II) = Zn2+, M(III)= Al3+, A2-= 테레프탈산 이온, x= 0.0625일 때 0.99g/cm3로 가벼워진다. A가 테레프탈산일 때 기둥구조 화합물의 밀도를 x의 함수로 표시하면 (0.833 + 2.45x)g/cm3가 된다.(5) For the same volume, the weight can be reduced as the amount of constituent material is small. The intrinsic density of the material is 2.42 g/cm 3 in pure gibbsite without columnar structure, but 0.99 g when M (II) = Zn 2+ , M (III) = Al 3+ , A 2- = terephthalate ion, x = 0.0625 /cm 3 makes it lighter. When A is terephthalic acid, if the density of the columnar compound is expressed as a function of x, it becomes (0.833 + 2.45x)g/cm 3 .

(6) 빈 공간이 증가하여 물질 흡착량이 증가할뿐 아니라 빈 공간내에서 분자의 이동이 훨씬 용이하고 신속해지므로 원하는 모든 분자반응(흡착, 저장, 평형상태 도달 등)에 필요한 시간도 크게 단축된다.(6) The increase in empty space not only increases the amount of material adsorbed, but also makes the movement of molecules within the empty space much easier and faster, so the time required for all desired molecular reactions (adsorption, storage, equilibrium state, etc.) is greatly reduced .

(7) 다른 다공성 물질인 제올라이트(zeolite) 및 금속-유기 골격체(metal organic framework, covalent organic framework을 포함함) 등과 비교할 때, 수열- 혹은 용매열-합성(hydro- 혹은 solvo-thermal synthesis) 등의 많은 에너지가 드는 공정이 필요없고, 저렴한 가격으로 산업용 대량생산이 가능하다. (7) Compared to other porous materials such as zeolite and metal-organic frameworks (including metal organic frameworks, covalent organic frameworks), hydrothermal- or solvo-thermal synthesis, etc. It does not require a process that requires a lot of energy, and industrial mass production is possible at a low price.

(8) 탄소나노튜브(carbon nanotube)와 산화그래핀(graphene oxide)도 흡착이나 저장 등의 목적으로 최근 많이 연구되어 왔으나 이들과 비교하여도 가격 대비 성능과 대량생산 가능성 등에서 월등히 유리하다. (8) Carbon nanotube and graphene oxide have also been studied a lot recently for the purpose of adsorption or storage, but compared to them, they are significantly advantageous in terms of price-performance ratio and mass production possibility.

(9) 다른 모든 선행기술 대비 저에너지와 저압의 조건으로 제조 가능하여 제조비용 절감 뿐 아니라 안전성도 확보할 수 있다.(9) Compared to all other prior technologies, it can be manufactured under low energy and low pressure conditions, so it is possible to not only reduce manufacturing costs but also secure safety.

(10) 제조공정에서 다른 계면활성제나 촉매가 불필요하다.(10) No other surfactants or catalysts are required in the manufacturing process.

(11) 구성 물질들 중 대표적 금속성분인 Al, Zn 및 이들을 대체할 수 있는 금속들 (Mn, Co, Ni, Cu, Mg, Ca, Sr, Ba 및 Fe, Cr, B, Ga, In, Y)중 어느 것도 유해한 중금속(Cd, Hg, Pb 등)에 속하지 않는다. 또한, 테레프탈산은 전세계적으로 이미 산업용으로 엄청나게 많이 쓰는 값싸고 무해한 유기물이다. 특히, 기둥형성을 위해 도핑하는 가장 대표적 금속인 Zn도 금속들 중에는 가격이 저렴하다. 리튬 이온전지 등에 쓰이는 원료물질인 Li, Co, Ni 등은 이미 고가이고 앞으로 수요증가가 예측되면서 가격이 계속 상승하고 있는 바, 이러한 물질들을 전혀 사용하지 않고도 본 발명의 구현이 가능하다.(11) Al, Zn, which are representative metal components among constituent materials, and metals that can replace them (Mn, Co, Ni, Cu, Mg, Ca, Sr, Ba and Fe, Cr, B, Ga, In, Y ) does not belong to harmful heavy metals (Cd, Hg, Pb, etc.). In addition, terephthalic acid is an inexpensive and harmless organic substance that is already widely used for industrial purposes worldwide. In particular, Zn, which is the most representative metal doped for pillar formation, is also inexpensive among metals. Li,  Co, Ni, etc., which are raw materials used in lithium ion batteries, are already expensive and the price is continuously rising as demand is expected to increase in the future. Therefore, it is possible to implement the present invention without using these materials at all.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 하이브리드 화합물의 일례를 개략적으로 나타낸 모식도들이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 하이브리드 화합물 내에 외부로부터 유입된 분자가 공간적 배척 때문에 접근할 수 없는 영역을 화소(pixel) 형태로 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예 1에서 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 깁사이트의 XRD 그래프이다.
도 4는 비교예 3에서 수열합성법으로 제조된 깁사이트의 XRD 그래프이다.
도 5는 참고문헌 8에 개시되어 있는 깁사이트 결정(γ-Al(OH)3)의 XRD 그래프이다.
도 6은 참고문헌 9에 개시되어 있는 hydrotalcite의 XRD 그래프이다.
도 7a 내지 도 7e는 실시예 1~5에서 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 깁사이트를 사용하여 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 유무기 하이브리드 화합물의 XRD 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 비교예 1~2에서 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 깁사이트를 사용하여 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 최종 화합물의 XRD 그래프이다.
도 8c는 비교예 3에서 수열합성법으로 제조된 깁사이트를 사용하여 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 최종 화합물의 XRD 그래프이다.
도 8d는 비교예 4에서 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 깁사이트를 사용하여 수열합성법으로 제조된 최종 화합물의 XRD 그래프이다.
도 9는 실시예 1에서 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 깁사이트를 사용하여 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 유무기 하이브리드 화합물 분말의 실물 사진이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 실시예 1 및 2에서 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 깁사이트를 사용하여 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 유무기 하이브리드 화합물의 SEM 이미지이다.
도 11은 활성탄, 실시예 1~5 및 비교예 1~2에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물에 대한 벤젠의 흡착 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 12a 내지 도 12d는 활성탄 및 실시예 1~2에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물에 대한 각종 휘발성 유해물질의 흡착 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 벤조(a)피렌의 분자구조 및 실시예 1에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물에 흡착된 벤조(a)피렌의 양태를 나타낸 모식도이다.
도 14는 실시예 1에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물에 흡착된 세슘(Cs)의 모식도이다.
도 15는 실시예 1에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물에 흡착된 납(Pb)의 모식도이다.
도 16은 실시예 1에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물에 저장되는 수소 저장량을 나타낸 그래프이다.
1A to 1C are schematic views schematically illustrating an example of an organic-inorganic hybrid compound according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating, in the form of pixels, an area in which molecules introduced from the outside in the organic-inorganic hybrid compound according to an embodiment of the present invention cannot be accessed due to spatial exclusion.
3 is an XRD graph of gibbsite prepared by a method other than the hydrothermal synthesis method in Example 1.
4 is an XRD graph of gibbsite prepared by hydrothermal synthesis in Comparative Example 3.
5 is an XRD graph of the gibbsite crystal (γ-Al(OH) 3 ) disclosed in Reference 8.
6 is an XRD graph of hydrotalcite disclosed in Reference 9;
7A to 7E are XRD graphs of organic-inorganic hybrid compounds prepared by a method other than hydrothermal synthesis using gibbsite prepared by a method other than hydrothermal synthesis in Examples 1 to 5;
8A and 8B are XRD graphs of final compounds prepared by a method other than hydrothermal synthesis using gibbsite prepared by a method other than hydrothermal synthesis in Comparative Examples 1 and 2;
FIG. 8c is an XRD graph of the final compound prepared by a non-hydrothermal method using gibbsite prepared by hydrothermal synthesis in Comparative Example 3. FIG.
FIG. 8d is an XRD graph of the final compound prepared by hydrothermal synthesis using gibbsite prepared by a method other than hydrothermal synthesis in Comparative Example 4. FIG.
9 is a real photograph of an organic-inorganic hybrid compound powder prepared by a method other than hydrothermal synthesis using gibbsite prepared by a method other than hydrothermal synthesis in Example 1;
10A and 10B are SEM images of organic-inorganic hybrid compounds prepared by a method other than hydrothermal synthesis using gibbsite prepared by a method other than hydrothermal synthesis in Examples 1 and 2, respectively.
11 is a graph showing the adsorption test results of benzene on activated carbon and organic-inorganic hybrid compounds prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 2;
12A to 12D are graphs showing the adsorption test results of various volatile harmful substances on activated carbon and organic-inorganic hybrid compounds prepared in Examples 1 and 2;
13 is a schematic diagram showing the molecular structure of benzo (a) pyrene and the aspect of benzo (a) pyrene adsorbed to the organic-inorganic hybrid compound prepared in Example 1. FIG.
14 is a schematic diagram of cesium (Cs) adsorbed to the organic-inorganic hybrid compound prepared in Example 1. FIG.
15 is a schematic diagram of lead (Pb) adsorbed to the organic-inorganic hybrid compound prepared in Example 1. FIG.
16 is a graph showing the amount of hydrogen stored in the organic-inorganic hybrid compound prepared in Example 1.

이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for preparing an organic-inorganic hybrid compound having a low-density columnar structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 명세서에서, "깁사이트 구조(gibbsite structure)"란 깁사이트(Al(OH)3) 구조 자체, 또는 깁사이트와 구성성분(특히, 3가 금속 양이온)은 다르지만 유사한 구조를 모두 지칭한다.As used herein, the term “gibbsite structure” refers to all structures that are different from, but similar to, gibbsite (Al(OH) 3 ) structure itself, or gibbsite and components (particularly, trivalent metal cations).

또한 본 명세서에서, "평면 표면적"이란 유무기 하이브리드 화합물을 위에서 관찰한 평활면(즉, 도 1a의 PS)의 표면적을 의미한다.In addition, in the present specification, "planar surface area" means the surface area of the smooth surface (ie, PS of FIG. 1A ) observed above the organic-inorganic hybrid compound.

또한 본 명세서에서, "유무기 하이브리드 화합물의 단일층 두께(d)"란 서로 인접한 두 개의 무기물층의 두께 중심들 간의 거리를 의미한다.Also, in the present specification, "the thickness (d) of a single layer of the organic-inorganic hybrid compound" means a distance between the thickness centers of two inorganic layers adjacent to each other.

또한 본 명세서에서, "수열합성법"이란 용매의 끓는점을 초과하는 온도 조건에서 합성하는 방법을 의미한다. 따라서, 물을 용매로 사용한 경우에는 물의 끓는점인 100℃를 초과하는 온도 조건에서 합성하는 방법을 "수열합성법"으로 지칭한다. 수열합성법에서는 용매의 끓는점을 초과하는 온도를 가하기 위해 밀폐된 용기(오토클레이브)를 사용하므로, 일반적으로 반응 용기내의 기압이 1기압보다 상승한다.Also, in the present specification, "hydrothermal synthesis method" refers to a method of synthesizing at a temperature condition exceeding the boiling point of a solvent. Therefore, when water is used as a solvent, a method of synthesizing at a temperature exceeding 100° C., the boiling point of water, is referred to as “hydrothermal synthesis”. In the hydrothermal synthesis method, since a closed vessel (autoclave) is used to apply a temperature exceeding the boiling point of the solvent, the atmospheric pressure in the reaction vessel is generally higher than 1 atm.

또한 본 명세서에서, "수열합성법이 아닌 방법"이란 용매의 끓는점 이하의 온도 조건에서 합성하는 방법을 의미한다. 따라서, 물을 용매로 사용한 경우에는 물의 끓는점인 100℃ 이하의 온도 조건에서 합성하는 방법을 "수열합성법이 아닌 방법"으로 지칭한다.Also, in the present specification, "a method other than a hydrothermal synthesis method" means a method for synthesizing at a temperature condition below the boiling point of a solvent. Therefore, when water is used as a solvent, a method of synthesizing at a temperature condition of 100° C. or less, which is the boiling point of water, is referred to as “a method other than a hydrothermal synthesis method”.

또한 본 명세서에서, "상온"이란 10~40℃(예를 들어, 25℃)를 의미한다.Also, in this specification, "room temperature" means 10 ~ 40 ℃ (eg, 25 ℃).

또한 본 명세서에서, "명목치" 또는 "명목상의 몰비"란 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물의 제조시 사용된 성분들의 몰비를 의미한다. In addition, in the present specification, "nominal value" or "nominal molar ratio" means a molar ratio of components used in the preparation of the organic-inorganic hybrid compound having a low-density columnar structure.

또한 본 명세서에서, "실제 몰비"란 최종적으로 제조된 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물에 함유된 성분들의 몰비를 의미한다.Also, in the present specification, the term “actual molar ratio” refers to a molar ratio of components contained in the finally prepared organic-inorganic hybrid compound having a low-density columnar structure.

본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법은 3가 금속 양이온 소스, 알칼리 부여제 및 제1 용매를 사용하여 수열합성법이 아닌 방법에 의해 깁사이트 구조의 화합물을 제조하는 단계(S10) 및 상기 깁사이트 구조의 화합물, 2가 금속 양이온 소스, 디카르복실산 및 제2 용매를 사용하여 수열합성법이 아닌 방법에 의해 유무기 하이브리드 화합물을 제조하는 단계(S20)를 포함한다.The method for producing an organic-inorganic hybrid compound according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a compound having a gibbsite structure by a method other than hydrothermal synthesis using a trivalent metal cation source, an alkali imparting agent, and a first solvent (S10) ) and using the compound of the gibbsite structure, a divalent metal cation source, dicarboxylic acid, and a second solvent to prepare an organic-inorganic hybrid compound by a method other than hydrothermal synthesis (S20).

상기 3가 금속 양이온 소스는 Al3+, Fe3+, Cr3+, B3+, Ga3+, In3+, Y3+ 또는 이들의 조합을 포함하는 3가 금속 양이온의 소스일 수 있다.The trivalent metal cation source may be a source of trivalent metal cations including Al 3+ , Fe 3+ , Cr 3+ , B 3+ , Ga 3+ , In 3+ , Y 3+ , or a combination thereof. .

상기 2가 금속 양이온 소스는 Zn2+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ 또는 이들의 조합을 포함하는 2가 금속 양이온의 소스일 수 있다.The divalent metal cation source is 2 including Zn 2+ , Mn 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ or a combination thereof It may be a source of valent metal cations.

상기 알칼리 부여제는 NaOH, LiOH, KOH, LiBH4, NaBH4, KBH4, LiH, NaH, LiAlH4, NaAlH4, KAlH4, (i-Bu2AlH)2, LiHCO3, NaHCO3, KHCO3, Li2CO3, Na2CO3, K2CO3, NH4OH 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The alkali-imparting agent is NaOH, LiOH, KOH, LiBH 4 , NaBH 4 , KBH 4 , LiH, NaH, LiAlH 4 , NaAlH 4 , KAlH 4 , ( i -Bu 2 AlH) 2 , LiHCO 3 , NaHCO 3 , KHCO 3 , Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , NH 4 OH, or a combination thereof.

상기 제1 용매 또는 상기 제2 용매는 물을 포함할 수 있다.The first solvent or the second solvent may include water.

상기 깁사이트 구조의 화합물은 결정이 성장하지 않아 XRD 분석결과에서는 무정형으로 나타날 수 있다. 이와는 달리, 상기 단계(S10) 대신에 수열합성법에 의해 깁사이트 구조의 화합물을 제조할 경우 상기 제조된 깁사이트 구조의 화합물은 강한 결정성을 갖게 되어서, 이를 사용하여 유무기 하이브리드 화합물을 제조하게 되면 디카르복실산과 2가 금속 양이온이 화합물내에 용이하게 끼어들어가지 못하므로, 전술한 구성을 갖는 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물(100)을 얻을 수 없다(비교예 3 및 도 8c 참조).The compound of the gibbsite structure may appear amorphous in the XRD analysis result because crystals do not grow. On the other hand, when the compound of the gibbsite structure is prepared by hydrothermal synthesis instead of the step (S10), the prepared compound of the gibbsite structure has strong crystallinity. Since the dicarboxylic acid and the divalent metal cation do not easily intercalate in the compound, the organic-inorganic hybrid compound 100 having a low-density columnar structure having the above-described configuration cannot be obtained (see Comparative Example 3 and FIG. 8c ).

상기 단계(S10)에서의 "무정형 깁사이트"의 의미는 다음과 같다: 즉, 상기 단계(S10)에서 얻어지는 화합물의 구조는 국소적으로는 깁사이트(Al(OH)3) 유사구조이므로(예를 들어, Al 원자들을 보면 6각형 벌집구조를 이루고 그 가운데 빈 자리 주위에는 6개의 산소 원자가 팔면체(octahedron)를 이루므로), 깁사이트 구조라고 부르는데는 문제가 없다. 그런데, 결정구조를 탐색하는 XRD 입장에서는 "무정형(amorphous)"이다. 즉, 깁사이트 입자의 결정이 충분한 크기로 성장하지 않아 깁사이트 결정의 XRD를 대표하는 최좌측 main peak(약 18.2° 위치)가 사라졌고 그 외에 어떤 뚜렷한 peak도 보이지 않으므로 "무정형"이라고 부른 것이다.The meaning of “amorphous gibbsite” in step (S10) is as follows: That is, the structure of the compound obtained in step (S10) is locally gibbsite (Al(OH) 3 )-like structure (eg For example, if you look at Al atoms, they form a hexagonal honeycomb structure, and 6 oxygen atoms form an octahedron around the vacancy in the middle), so there is no problem in calling it a gibbsite structure. However, it is "amorphous" from the point of view of XRD, which explores the crystal structure. In other words, the leftmost main peak (about 18.2° position) representing the XRD of the gibbsite crystal disappeared because the crystal of the gibbsite particle did not grow to a sufficient size, and no other distinct peak was seen, so it was called "amorphous".

상기 디카르복실산은 테레프탈산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 2-메틸글루타르산, 3-메틸글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸디산, 도데칸디산, 브라실산, 테트라데칸디산, 푸마르산, 2,2-디메틸글루타르산, 말레산, 아세틸렌디카복실산, 글루타코닉산, 2-디센다이오익산, 트라우마틱산, 뮤콘산, 글루티닉산, 시트라코닉산, 메사코닉산, 이타콘산, 타르트론산, 메소살릭산, 말릭산, 타타르산, 옥살아세트산, 아스파르트산, 글루탐산, 디아미노피멜산, 사카릭산 및 2,6-나프탈렌다이카르복시산을 포함할 수 있다.The dicarboxylic acid is terephthalic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, 2-methylglutaric acid, 3-methylglutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, unde Candiic acid, dodecanedioic acid, brassylic acid, tetradecanedioic acid, fumaric acid, 2,2-dimethyl glutaric acid, maleic acid, acetylenedicarboxylic acid, glutaconic acid, 2-disenedioic acid, traumatic acid, muconic acid, Glutinic acid, citraconic acid, mesaconic acid, itaconic acid, tartronic acid, mesosalic acid, malic acid, tartaric acid, oxaloacetic acid, aspartic acid, glutamic acid, diaminopimelic acid, saccharic acid and 2,6-naphthalene dicarboxylic acids.

상기 단계(S10)는 상기 3가 금속 양이온 소스를 상기 제1 용매에 용해시켜 제1 금속염 용액을 제조하는 단계(S10-1), 상기 알칼리 부여제를 상기 제1 용매에 용해시켜 알칼리 용액을 제조하는 단계(S10-2), 및 상기 제1 금속염 용액과 상기 알칼리 용액을 상온에서 접촉시켜 깁사이트 구조의 화합물을 합성하는 단계(S10-3)를 포함할 수 있다.In the step (S10), a first metal salt solution is prepared by dissolving the trivalent metal cation source in the first solvent (S10-1), and an alkali solution is prepared by dissolving the alkali imparting agent in the first solvent (S10-2), and contacting the first metal salt solution and the alkali solution at room temperature to synthesize a compound having a gibbsite structure (S10-3).

또한, 상기 단계(S10)는 상기 단계(S10-3) 이후에, 상기 제조된 깁사이트 구조의 화합물을 고액 분리하는 단계(S10-4), 상기 분리된 깁사이트 구조의 화합물을 세정하는 단계(S10-5) 및 상기 세정된 깁사이트 구조의 화합물을 건조하는 단계(S10-6)를 더 포함할 수 있다.In addition, in the step (S10), after the step (S10-3), the steps of solid-liquid separation of the prepared compound of the gibbsite structure (S10-4), washing the separated compound of the gibbsite structure ( S10-5) and drying the washed compound of the gibbsite structure (S10-6) may be further included.

상기 단계(S20)는 상기 깁사이트 구조의 화합물, 상기 2가 금속 양이온 소스, 상기 디카르복실산 및 상기 제2 용매를 혼합하여 혼합물을 얻는 단계(S20-1), 및 상기 혼합물을 50~90℃로 가열한 후 3~72시간 동안 유지시켜 유무기 하이브리드 화합물을 합성하는 단계(S20-2)를 포함할 수 있다.The step (S20) is a step of obtaining a mixture by mixing the compound of the gibbsite structure, the divalent metal cation source, the dicarboxylic acid and the second solvent (S20-1), and 50 to 90 of the mixture It may include a step (S20-2) of synthesizing an organic-inorganic hybrid compound by heating to ℃ and maintaining it for 3 to 72 hours.

결국, 상기 단계(S20)는 상기 단계(S10)에서 제조된 깁사이트 구조의 화합물에 2가 금속 양이온과 디카르복실산을 소량 끼워넣는(intercalate) 단계이고, 이러한 과정에서는 상기 깁사이트 구조의 화합물의 근본 구조는 변하지 않으므로, 상기 단계(S20)에서 합성된 유무기 하이브리드 화합물 중 무기물층은 여전히 깁사이트 구조를 갖게 된다. 그리고 삽입된 디카르복실산 이온이 무기물층과 결합하면서 결정 성장을 촉진하여 XRD상에 층간 간격이 증가된 깁사이트 결정구조를 선명하게 보여준다. After all, the step (S20) is a step of intercalating a small amount of a divalent metal cation and dicarboxylic acid into the compound of the gibbsite structure prepared in the step (S10), and in this process, the compound of the gibbsite structure Since the basic structure of is not changed, the inorganic layer of the organic-inorganic hybrid compound synthesized in step (S20) still has a gibbsite structure. In addition, the intercalated dicarboxylic acid ion promotes crystal growth while bonding with the inorganic layer, thus clearly showing the gibbsite crystal structure with increased interlayer spacing on the XRD.

상기 단계(S20)에서와는 달리, 상기 단계(S10)에서 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 깁사이트를 사용하여 수열합성법으로 유무기 하이브리드 화합물을 제조하게 되면 수열합성 상의 고온 등으로 인해 구조가 변화하여서 전술한 구성을 갖는 유무기 하이브리드 화합물(100)을 얻을 수 없다(비교예 4 및 도 8d 참조).Unlike in the step (S20), when the organic-inorganic hybrid compound is prepared by a hydrothermal synthesis method using the gibbsite prepared by a method other than the hydrothermal synthesis method in the step (S10), the structure is changed due to the high temperature in the hydrothermal synthesis. The organic-inorganic hybrid compound 100 having one configuration could not be obtained (see Comparative Example 4 and FIG. 8D ).

또한 상기 단계(S20)는 상기 단계(S20-2) 이후에, 상기 제조된 깁사이트 구조의 화합물을 고액 분리하는 단계(S20-3), 상기 분리된 깁사이트 구조의 화합물을 세정하는 단계(S20-4) 및 상기 세정된 깁사이트 구조의 화합물을 건조하는 단계(S20-5)를 더 포함할 수 있다.In addition, in the step (S20), after the step (S20-2), the steps of separating the prepared compound of the gibbsite structure from solid-liquid (S20-3), and washing the separated compound of the gibbsite structure (S20) -4) and drying the washed compound of the gibbsite structure (S20-5) may be further included.

상기 단계(S10-4) 및 상기 단계(S20-3)는 각각 원심분리기를 사용하여 수행될 수 있다.The step (S10-4) and the step (S20-3) may be performed using a centrifuge, respectively.

또한, 상기 단계(S10-5) 및 상기 단계(S20-4)는 각각 증류수를 사용하여 수행될 수 있다.In addition, each of the steps (S10-5) and (S20-4) may be performed using distilled water.

또한, 상기 단계(S10-6) 및 상기 단계(S20-5)는 각각 동결건조에 의해 수행될 수 있다.In addition, the step (S10-6) and the step (S20-5) may be performed by freeze-drying, respectively.

본 발명에서 이루고자 하는 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물은 깁사이트 구조를 갖는 것이 핵심적인 특징이다. 전술한 전반 단계(S10)에서는 3가 금속 양이온(예를 들어, Al3+) 및 수산화기(OH- group)만 투입되었으므로 깁사이트(Al(OH)3) 유사구조를 갖는 것은 자명하고 또한 용이하게 확인할 수 있다. 한편, 후반 단계(S20)에서는 2가 금속 양이온(예를 들어, Zn2+)이 첨가되는데 3가 금속 양이온과 2가 금속 양이온이 공존하면 깁사이트 구조와 hydrotalcite 구조가 모두 가능하다는 것이 일반적으로 알려져 있다(선행기술 문헌 1 및 2). 그러나, 본 발명의 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물은 hydrotalcite 구조를 갖지 않고 깁사이트 구조를 유지하며, 이는 후술하는 내용으로부터 명백할뿐만 아니라 후술하는 실시예들에 의해서도 분명하게 증명되었다. A key feature of the organic-inorganic hybrid compound having a low-density columnar structure to be achieved in the present invention is that it has a gibbsite structure. In the first half step (S10) described above, since only a trivalent metal cation (eg, Al 3+ ) and a hydroxyl group (OH - group) were input, it is self-evident and easy to have a gibbsite (Al(OH) 3 )-like structure. can be checked On the other hand, in the latter step (S20), a divalent metal cation (eg, Zn 2+ ) is added, and it is generally known that both a gibbsite structure and a hydrotalcite structure are possible when a trivalent metal cation and a divalent metal cation coexist. There is (prior art documents 1 and 2). However, the organic-inorganic hybrid compound having a low-density columnar structure of the present invention does not have a hydrotalcite structure and maintains a gibbsite structure, which is clearly demonstrated from the following description as well as examples to be described later.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물을 상세히 설명한다.Hereinafter, an organic-inorganic hybrid compound having a low-density columnar structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 하이브리드 화합물(100)의 일례를 개략적으로 나타낸 모식도들이다. 도 1a는 측면도이고, 도 1b는 평면도이고, 도 1c는 사시도이다. 구체적으로, 도 1a 내지 도 1c는 유무기 하이브리드 화합물(100)의 단위세포(unit cell)을 그린 것으로(도 1a 및 도 1b에서 가는 검은색 실선은 1개의 단위세포를 나타냄), 실제 물질은 이러한 단위세포가 x, y, z축(도면의 a, b, c축) 방향으로 반복되는 구조이다.1A to 1C are schematic views schematically illustrating an example of an organic-inorganic hybrid compound 100 according to an embodiment of the present invention. 1A is a side view, FIG. 1B is a plan view, and FIG. 1C is a perspective view. Specifically, FIGS. 1A to 1C show the unit cells of the organic-inorganic hybrid compound 100 (thin black lines in FIGS. 1A and 1B indicate one unit cell), and the actual material is such It is a structure in which unit cells are repeated in the x, y, and z-axis (a, b, c-axis in the drawing) direction.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 유무기 하이브리드 화합물(100)은 두 개의 무기물층(110) 및 유기물층(120)을 포함한다. 1A to 1C , the organic-inorganic hybrid compound 100 according to an embodiment of the present invention includes two inorganic material layers 110 and an organic material layer 120 .

구체적으로, 유무기 하이브리드 화합물(100)은 적어도 두 개의 무기물층(110) 및 이들 사이에 인터칼레이션(intercalation)된 적어도 하나의 유기물층(120)을 포함할 수 있다.Specifically, the organic-inorganic hybrid compound 100 may include at least two inorganic material layers 110 and at least one organic material layer 120 intercalated therebetween.

또한, 유무기 하이브리드 화합물(100)은 무기물층(110)과 유기물층(120)이 서로 교대로 적층된 것일 수 있다.In addition, the organic-inorganic hybrid compound 100 may be one in which the inorganic material layer 110 and the organic material layer 120 are alternately stacked with each other.

두 개의 무기물층(110)은 각각 일방향으로 연장되어 서로 마주보도록 배치될 수 있다.The two inorganic material layers 110 may each extend in one direction and may be disposed to face each other.

또한, 각 무기물층(110)은 팔면체 자리(octahedral site)에 2가 양이온 금속이 도핑(doping)된 깁사이트 구조를 가질 수 있다.In addition, each inorganic layer 110 may have a gibbsite structure in which a divalent cation metal is doped in an octahedral site.

상기 2가 양이온은 상기 팔면체 자리 주위에 존재하는 6개의 산소 원자 모두와 배위결합하고, 유기물층(120)에 존재하는 음이온과도 정전기적 인력에 의해 결합할 수 있다.The divalent cation may coordinate with all six oxygen atoms present around the octahedral site, and may also bind with anions present in the organic material layer 120 by electrostatic attraction.

유기물층(120)은 두 개의 무기물층(110) 사이에 인터칼레이션되어 무기물층(110)들이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되게 배치된 복수의 기둥부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기물층(120)은 두 개의 무기물층(110) 사이에 이들이 연장된 방향과 수직으로 교차하는 방향으로 연장되게 배치된 복수의 기둥부를 포함할 수 있다. 이와 같이 유기물층(120)이 두 개의 무기물층(110) 사이에 이들이 연장된 방향과 수직으로 교차하는 방향으로 연장되게 배치된 복수의 기둥부를 포함할 경우, 두 개의 무기물층(110) 사이의 공간이 확대됨으로써 유무기 하이브리드 화합물(100) 내부로의 분자 이동 속도가 빨라질뿐만 아니라, 이동 가능한 분자의 크기와 이동량이 증가할 수 있다.The organic material layer 120 may include a plurality of pillar portions intercalated between the two inorganic material layers 110 to extend in a direction crossing the extending direction of the inorganic material layers 110 . For example, the organic material layer 120 may include a plurality of pillar portions disposed between the two inorganic material layers 110 to extend in a direction perpendicular to the direction in which they extend. As such, when the organic material layer 120 includes a plurality of pillar portions disposed between the two inorganic material layers 110 to extend in a direction perpendicular to the direction in which they extend, the space between the two inorganic material layers 110 is By being enlarged, the speed of movement of molecules into the organic-inorganic hybrid compound 100 may be increased, and the size and movement amount of movable molecules may be increased.

또한, 유기물층(120)은 각 무기물층(110)과 화학적으로 결합되어 두 개의 무기물층(110)을 서로 연결하는 복수의 기둥부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 두 개의 무기물층(110)이 서로 마주 보도록 배치된 제1 무기물층(110)과 제2 무기물층(110)으로 이루어진 경우, 유기물층(120)은 그 일단부가 제1 무기물층(110)과 화학적으로 결합되고 타단부가 제2 무기물층(110)과 화학적으로 결합된 복수의 기둥부를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 유기물층(120)은 그 일단부 및 타단부가 각 무기물층(110)과 수소결합을 형성할뿐만 아니라, 전술한 바와 같이 유기물층(120)에 존재하는 음이온이 무기물층(110)의 팔면체 자리에 도핑된 상기 2가 양이온과도 정전기적 인력에 의해 결합된 복수의 기둥부를 포함할 수 있다. 따라서, 유기물층(120)은 각 무기물층(110)과 단단히 결합하기 때문에 유무기 하이브리드 화합물(100)은 견고한 구조를 가질 수 있다.In addition, the organic material layer 120 may include a plurality of pillars that are chemically bonded to each inorganic material layer 110 to connect the two inorganic material layers 110 to each other. Specifically, when the two inorganic material layers 110 are formed of the first inorganic material layer 110 and the second inorganic material layer 110 disposed to face each other, the organic material layer 120 has one end of the first inorganic material layer 110 . It may include a plurality of pillars that are chemically bonded to and the other end is chemically bonded to the second inorganic material layer 110 . More specifically, in the organic material layer 120, one end and the other end form a hydrogen bond with each inorganic material layer 110, as well as anions present in the organic material layer 120 as described above of the inorganic material layer 110. It may include a plurality of pillars coupled to the divalent cation doped at the octahedral site by electrostatic attraction. Accordingly, the organic-inorganic hybrid compound 100 may have a solid structure because the organic material layer 120 is tightly coupled to each inorganic material layer 110 .

또한, 기둥부를 이루는 유기물 분자는 완벽하게 주기적으로 분포될 필요는 없고 실제로 기둥부들 간의 거리는 어느 정도의 확률분포를 가지는데, 이렇게 확률분포를 가짐에도 불구하고 성능 및 구조 안정성에는 아무런 차이가 없다.In addition, the organic molecules constituting the pillars do not need to be perfectly and periodically distributed, and the distance between the pillars actually has a certain probability distribution. Despite this probability distribution, there is no difference in performance and structural stability.

도 1a 내지 도 1c에는 유기물층(120)이 테레프탈산에서 유래된 2가 음이온으로 구성되어 있는 것으로 예시되어 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.1A to 1C, the organic material layer 120 is exemplified as being composed of a divalent anion derived from terephthalic acid, but the present invention is not limited thereto.

또한, 유무기 하이브리드 화합물(100)은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.In addition, the organic-inorganic hybrid compound 100 may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

[M(II) xM(III)(OH)3]2x+(A2-)x [M (II) x M (III) (OH) 3 ] 2x+ (A 2- ) x

식 중, M(II)는 2가 금속 양이온이고, M(III)는 3가 금속 양이온이고, A2-는 디카르복실산 이온이고, 0 < x < 0.2이다. wherein M (II) is a divalent metal cation, M (III) is a trivalent metal cation, A 2 - is a dicarboxylic acid ion, and 0 < x < 0.2.

상기 화학식 1에서, [M(II) xM(III)(OH)3]2x+는 깁사이트 구조를 갖는 무기물층(110)을 형성하고, (A2-)x는 유기물층(120)을 형성할 수 있다.In Formula 1, [M (II) x M (III) (OH) 3 ] 2x+ forms the inorganic material layer 110 having a gibbsite structure, (A 2 - ) x is the organic material layer 120 to form can

상기 M(II)는 깁사이트 구조(즉, M(III)(OH)3)의 팔면체 자리에 도핑된 것일 수 있다.The M (II) may be doped at the octahedral site of the gibbsite structure (ie, M (III) (OH) 3 ).

또한, 상기 M(II)는 상기 팔면체 자리 주위에 존재하는 6개의 산소 원자 모두와 배위결합하고, 유기물층(120)에 존재하는 음이온(A2-)과도 정전기적 인력에 의해 결합할 수 있다.In addition, the M (II) may be coordinated with all six oxygen atoms present around the octahedral site, and may also bind to the anion (A 2 - ) present in the organic material layer 120 by electrostatic attraction.

또한, 상기 M(II)는 Zn2+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.In addition, M (II) may include Zn 2+ , Mn 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ or a combination thereof. can

상기 M(III)는 깁사이트 구조를 구성하는 기본 금속일 수 있다.M (III) may be a base metal constituting the gibbsite structure.

또한, 상기 M(III)는 Al3+, Fe3+, Cr3+, B3+, Ga3+, In3+, Y3+ 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.In addition, M (III) may include Al 3+ , Fe 3+ , Cr 3+ , B 3+ , Ga 3+ , In 3+ , Y 3+ , or a combination thereof.

상기 A2-(구체적으로, 이 중 그 일단부 및 타단부에 각각 2개씩 존재하는 총 4개의 산소 원자)는 그 일단부 및 타단부가 각 무기물층(110)(구체적으로, 이 중 상층 및 하층에 각각 2개씩 존재하는 총 4개의 수소 원자)과 수소결합을 형성할 수 있다.The A 2 - (specifically, a total of four oxygen atoms present two each at one end and the other end) has one end and the other end of each inorganic layer 110 (specifically, the upper layer and A total of 4 hydrogen atoms (two each in the lower layer) can form hydrogen bonds.

또한, 상기 A2-는 테레프탈산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 2-메틸글루타르산, 3-메틸글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸디산, 도데칸디산, 브라실산, 테트라데칸디산, 푸마르산, 2,2-디메틸글루타르산, 말레산, 아세틸렌디카복실산, 글루타코닉산, 2-디센다이오익산, 트라우마틱산, 뮤콘산, 글루티닉산, 시트라코닉산, 메사코닉산, 이타콘산, 타르트론산, 메소살릭산, 말릭산, 타타르산, 옥살아세트산, 아스파르트산, 글루탐산, 디아미노피멜산, 사카릭산 및 2,6-나프탈렌다이카르복시산 또는 이들의 조합에서 유래된 2가 음이온을 포함할 수 있다.In addition, A 2 - is terephthalic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, 2-methylglutaric acid, 3-methylglutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid , undecanedioic acid, dodecanedioic acid, brassylic acid, tetradecanedioic acid, fumaric acid, 2,2-dimethylglutaric acid, maleic acid, acetylenedicarboxylic acid, glutaconic acid, 2-disenedioic acid, traumatic acid, mu Conic, Glutinic, Citraconic, Mesaconic, Itaconic, Tartronic, Mesosalic, Malic, Tartaric, Oxalic, Aspartic, Glutamic, Diaminopimelic, Saccharic and 2,6 - May contain a divalent anion derived from naphthalenedicarboxylic acid or a combination thereof.

상기 화학식 1에서, 0 < x < 0.2인 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물(100)은 깁사이트 구조를 갖되, hydrotalcite 구조를 가질 수 없는데, 그 이유는 다음과 같다: (1) 일반적으로 hydrotalcite 구조는 2가 금속 양이온이 주성분을 이루고 그 중 일부가 3가 금속 양이온으로 치환된 형태이며 전형적으로 2가 금속 양이온과 3가 금속 양이온이 3:1의 몰비를 이룬다(금속 중에 3가 금속 양이온의 비율이 25몰%). 그런데, 본 발명의 유무기 하이브리드 화합물(100)에서 무기물층(110)은 3가 금속 양이온이 적어도 80몰% 이상이고 2가 금속 양이온이 매우 소량(20몰% 미만)이기 때문에 hydrotalcite 구조가 될 수 없다. (2) 만일, 무기물층(110)이 hydrotalcite 구조라고 가정하면 3가 금속 양이온이 2가 금속 양이온 보다 하나 더 큰 양의 전하값(3+)을 가지므로 그에 해당하는 음이온이 인터칼레이션되어야 하는데, 본 발명의 유무기 하이브리드 화합물(100)에서와 같이 x값이 극히 작아(즉, 0 < x < 0.2) 80몰% 이상이 3가 금속 양이온인 경우에는 전체 물질을 중성으로 만드는데 필요한 음이온의 양이 너무 많아 층간의 모든 공간을 음이온으로 가득 채운다 하더라도 여전히 음이온을 채울 공간이 절대적으로 부족하게 되므로, 이러한 가정은 실제로 구현되기가 불가능한 것이다.In Formula 1, the organic-inorganic hybrid compound 100 having a low-density columnar structure of 0 < x < 0.2 has a gibbsite structure, but cannot have a hydrotalcite structure, for the following reasons: (1) In general, a hydrotalcite structure is a form in which divalent metal cations are the main component and some of them are substituted with trivalent metal cations, and typically the molar ratio of divalent metal cations to trivalent metal cations is 3:1 (the ratio of trivalent metal cations in metals) 25 mol% of this). However, in the organic-inorganic hybrid compound 100 of the present invention, the inorganic layer 110 has a hydrotalcite structure because the trivalent metal cation is at least 80 mol% and the divalent metal cation is very small (less than 20 mol%). none. (2) If it is assumed that the inorganic material layer 110 has a hydrotalcite structure, the trivalent metal cation has a positive charge value (3+) that is one greater than that of the divalent metal cation, so the corresponding anion must be intercalated. , as in the organic-inorganic hybrid compound 100 of the present invention, when the value of x is extremely small (that is, 0 < x < 0.2)   80 mol% or more is a trivalent metal cation   To make the whole material neutral   The amount of anion required Even if there are too many of these, even if all spaces between floors are filled with negative ions, there is still absolutely insufficient space to fill negative ions, so this assumption is impossible to be realized in practice.

구체적으로, 상기 화학식 1에서, 0.03 ≤ x ≤ 0.150일 수 있다. Specifically, in Formula 1, 0.03 ≤ x ≤ 0.150.

상기 화학식 1에서, x가 0.03 미만이면 유무기 하이브리드 화합물(100) 중의 유기물층(120)의 밀도가 너무 작아 기둥구조가 유지되지 못하며, x가 0.150을 초과하면 유무기 하이브리드 화합물(100) 중의 유기물층(120)의 밀도가 너무 커서 유무기 하이브리드 화합물(100) 내부로의 분자 이동 속도가 느려질뿐만 아니라 이동 가능한 분자의 크기와 이동량이 감소하게 된다. 구체적으로, 본 발명의 유무기 하이브리드 화합물(100)이 우수한 흡착 물질이 되기 위해서는 분자들이 층 사이에서 용이하고 신속하게 이동(즉, 확산(diffusion))해야 하는데, 그 한계 조건은, a축 방향 및 b축 방향(도 1b 참조)으로 모두 기둥부들이 서로 붙어 있지 않아야 한다는 것이다. 만일, 기둥 밀도가 증가하여 기둥부들(즉, 유기물층(120)에 수직한 방향으로 배치된 A2- 음이온들)이 서로 붙어있는 경우가 증가하면, 그 지역에서 분자 이동에 큰 장애를 받아 확산이 급격히 줄어든다. In Formula 1, when x is less than 0.03, the density of the organic material layer 120 in the organic-inorganic hybrid compound 100 is too small to maintain the columnar structure, and when x exceeds 0.150, the organic material layer in the organic-inorganic hybrid compound 100 ( 120) is too high, so that the molecular movement speed into the organic-inorganic hybrid compound 100 is slowed, and the size and movement amount of movable molecules are reduced. Specifically, in order for the organic-inorganic hybrid compound 100 of the present invention to be an excellent adsorption material, molecules must move easily and rapidly between layers (ie, diffusion), and the limiting conditions are, a-axis direction and In the b-axis direction (refer to FIG. 1b ), the pillar parts should not be attached to each other. If, as the column density increases, the case where the column parts (ie, A 2 - anions arranged in a direction perpendicular to the organic material layer 120) are attached to each other increases, the diffusion is greatly hindered in the movement of molecules in the region. decreases sharply

유무기 하이브리드 화합물(100)에서, 명목상의 x=1/2이면 a축 및 b축 방향으로 기둥부들이, 존재할 수 있는 모든 자리에 전부 차 있을 경우에 해당하고, 명목상의 x=0.125이면 a축 및 b축 방향으로 기둥부들이 각각 1/2씩 차 있는 (빈 자리가 하나 걸러 존재하는) 경우에 해당한다. 명목상의 x값이 0.125보다 증가함에 따라 분자이동이 현저히 제약을 받게 되고 명목상의 x=0.2에 이르면 실질적으로 흡착 혹은 저장의 효과가 극히 미미해진다.In the organic-inorganic hybrid compound 100, if the nominal x = 1/2, the column parts in the a-axis and b-axis directions are all filled in all possible positions, and if the nominal x = 0.125, the a-axis and a case in which each of the pillars in the b-axis direction is occupied by 1/2 (there is every other empty seat). As the nominal x value increases from 0.125, molecular movement is significantly restricted, and when the nominal x = 0.2, the effect of adsorption or storage becomes very insignificant.

흡착 혹은 저장 용량이 기둥구조에 의해 얼마만큼 감소하는가를 알기 위해 정량적인 계산법을 채택하였다. 이론물리화학에서 광범위하게 쓰이고 있는 참고문헌 1 및 2의 방법을 써서 M(II) = Zn2+, M(III) = Al3+, A2-= terephthalate (C8H4O4 2-), 명목상의 x = 0.125인 경우에, 외부에서 유입된 수소분자 (H2)가 유무기 하이브리드 화합물과 상호작용하는 에너지를 공간내의 모든 지점에서 계산하였다. 상호작용 에너지가 양수값을 갖는 영역은 에너지 장벽으로 작용하여 수소분자가 접근할 수 없다. 즉, 유무기 하이브리드 화합물과 분자간의 공간적 배척이 일어나 분자의 접근이 허용되지 않는 영역(inaccessible region)을 찾아내는 계산을 수행하였다. 가장 작은 분자에 해당하는 H2를 선택한 이유는 접근 배제 영역의 최소값을 얻기 위해서이며, 이보다 더 큰 분자는 접근 배제 영역이 더욱 확대된다. 유무기 하이브리드 화합물(100)내에 공간을 작은 구간들로 세분하고 수소분자가 특정 구간에 존재할 때 수소와 화합물간의 상호작용 에너지를 계산하였고 이러한 계산을 모든 구간들에 대해 반복수행하여 그 결과를 도 2에 제시하였다. 점선은 화합물내 공간을 9개의 층으로 나눈 층을 표시하며 각 층의 단면을 작은 화소(pixel)들로 세분화하여서 에너지가 양(+)인 영역을 백색으로, 음(-)인 영역을 회색으로 표시하였다. 도 2로부터 기둥부 하나당 각 층에서 백색으로 표시된 평균 28.6Å2 의 접근 배제 영역이 나타남을 알 수 있다. 백색영역은 대체로 타원과 유사한 형태를 보이며 그 평균반경은 약 3.0Å이다. 단면상의 접근가능한 회색 영역의 비율을 x의 함수로 표시하면 (1-2.6x)가 된다. 이 식으로부터, 명목상의 x=0.0625일 때 접근가능한 영역의 비율은 약 84%이다.To find out how much the adsorption or storage capacity is reduced by the column structure, a quantitative calculation method is adopted. Using the methods of References 1 and 2 widely used in theoretical physical chemistry, M (II) = Zn 2+ , M (III) = Al 3+ , A 2- = terephthalate (C 8 H 4 O 4 2- ) , when nominal x = 0.125, the energy of the interaction of hydrogen molecules (H 2 ) introduced from the outside with the organic-inorganic hybrid compound was calculated at all points in space. The region where the interaction energy has a positive value acts as an energy barrier and hydrogen molecules cannot access it. That is, a calculation was performed to find an inaccessible region where the organic-inorganic hybrid compound and the molecule were spatially excluded, and the molecule was not allowed to access. The reason for selecting H 2 corresponding to the smallest molecule is to obtain the minimum value of the access exclusion region, and for molecules larger than this, the access exclusion region is further expanded. The space in the organic-inorganic hybrid compound 100 was subdivided into small sections, and when hydrogen molecules were present in a specific section, the interaction energy between hydrogen and the compound was calculated. presented in The dotted line indicates the layer that divides the space in the compound into 9 layers, and subdivides the cross section of each layer into small pixels. indicated. From FIG. 2 , it can be seen that an average of 28.6 Å 2 of access exclusion area indicated in white is shown on each floor per column. The white area has a shape similar to an ellipse, and its average radius is about 3.0 Å. Expressing the proportion of accessible gray areas on the cross section as a function of x gives (1-2.6x). From this equation, it can be seen that the proportion of the accessible area when nominally x=0.0625 is about 84%.

또한, 유무기 하이브리드 화합물(100)은 하기 수학식 1로 표시되는 기둥 밀도가 1/(360Å2)개 ~ 1/(55Å2)개(Å2=square angstrom)일 수 있다:In addition, the organic-inorganic hybrid compound 100 may have a column density of 1/(360 Å 2 ) to 1/(55 Å 2 ) represented by Equation 1 below (Å 2 =square angstrom):

[수학식 1][Equation 1]

기둥 밀도 = 단일 유기물층 중의 기둥부의 총 개수/단일 무기물층의 평면 표면적. Pillar density = total number of pillars in a single organic layer/planar surface area of a single inorganic layer.

구체적으로, 유무기 하이브리드 화합물(100)은 상기 수학식 1로 표시되는 기둥 밀도가 1/(306Å2)개 ~ 1/(74Å2)개일 수 있다.Specifically, the organic-inorganic hybrid compound 100 may have a column density of 1/(306 Å 2 ) to 1/(74 Å 2 ) represented by Equation 1 above.

상기 기둥 밀도가 1/(306Å2)개 미만이면 유무기 하이브리드 화합물(100) 중의 유기물층(120)의 밀도가 너무 작아 기둥구조의 합성이 상당히 어려워지며 1/(360Å2)개 미만의 밀도로는 기둥구조를 유지하지 못한다. 상기 기둥 밀도가 1/(74Å2)개를 초과하면 유무기 하이브리드 화합물(100) 중의 유기물층(120)의 밀도가 너무 커서 유무기 하이브리드 화합물(100) 내부로의 분자 이동이 제약을 받을 뿐만 아니라 이동 가능한 분자의 크기와 이동량이 크게 감소하고 1/(55Å2)개 에 이르면 흡착이나 저장의 효과가 극히 미미해진다.If the column density is less than 1/(306 Å 2 ), the density of the organic material layer 120 in the organic-inorganic hybrid compound 100 is too small, so that the synthesis of the column structure is quite difficult, and with a density of less than 1/(360 Å 2 ) Column structure cannot be maintained. When the column density exceeds 1/(74 Å 2 ), the density of the organic material layer 120 in the organic-inorganic hybrid compound 100 is too large, so that the movement of molecules into the organic-inorganic hybrid compound 100 is restricted as well as movement When the size and movement of possible molecules is greatly reduced and reaches 1/(55Å 2 ), the effect of adsorption or storage becomes very insignificant.

낮은 기둥 밀도만으로 구조적 안정성을 이룰 수 있는 것은 본 발명의 유무기 하이브리드 화합물(100)에서 새롭게 이루어진 화학 결합에 기반한다: (1) 디카르복실산 이온의 양쪽 끝부분의 산소 원자들이 깁사이트 구조의 무기물층(110) 표면의 수소 원자와 이루는 수소결합(hydrogen bonding)이 가장 큰 기여를 하며, 1개의 디카르복실산 이온당 4개의 수소결합(디카르복실산 이온의 일단부에서 2개, 타단부에서 2개)이 존재한다(도 1a에서 점선으로 수소결합이 표시되어있음). (2) 깁사이트 구조의 무기물층(110)에서 벌집 모양으로 연결된 3가 금속 양이온(예를 들어, Al3+)을 꼭지점으로 하는 육각형 중심의 빈 자리에 2가 금속 양이온(예를 들어, Zn2+)이 들어가서 층간에 삽입된 디카르복실산 음이온(예를 들어 테레프탈산 이온: (C8H4O4)2-)과 정전기적 인력으로 결합한다. (3) 깁사이트 구조의 무기물층(110)의 원자들과 디카르복실산을 구성하는 원자들 간의 약한 반데르발스 상호작용 (van der Waals interaction)이 결합에 추가적인 작은 기여를 한다. The fact that structural stability can be achieved only with low column density is based on the newly formed chemical bond in the organic-inorganic hybrid compound 100 of the present invention: (1) Oxygen atoms at both ends of the dicarboxylic acid ion form a gibbsite structure Hydrogen bonding with hydrogen atoms on the surface of the inorganic layer 110 makes the greatest contribution, and 4 hydrogen bonds per one dicarboxylic acid ion (two at one end of the dicarboxylic acid ion, and the other two at the end) are present (hydrogen bonds are indicated by dashed lines in FIG. 1A ). (2) In the inorganic layer 110 of the gibbsite structure, a divalent metal cation (for example, Zn 2+ ) enters and bonds with the intercalated dicarboxylic acid anion (eg, terephthalate ion: (C 8 H 4 O 4 ) 2- ) by electrostatic attraction. (3) A weak van der Waals interaction between atoms of the inorganic layer 110 having the gibbsite structure and atoms constituting the dicarboxylic acid makes an additional small contribution to the bonding.

결과적으로 디카르복실산 이온으로 이루어진 기둥의 밀도가 작아도 견고한 구조를 지탱할 수 있게 된다.As a result, even if the density of the pillars made of dicarboxylic acid ions is small, it is possible to support a rigid structure.

유기물층(120)에서 서로 인접한 기둥부들 간의 평균거리는 8.0~20.6Å(angstrom)일 수 있다. In the organic material layer 120 , the average distance between adjacent pillars may be 8.0 to 20.6 Å (angstrom).

구체적으로, 유기물층(120)에서 서로 인접한 기둥부들 간의 평균거리는 9.2~18.8Å일 수 있다. Specifically, the average distance between adjacent pillars in the organic material layer 120 may be 9.2 to 18.8 Å.

상기 기둥부들 간의 평균거리가 9.2Å 미만이면 유무기 하이브리드 화합물(100) 중의 내부 공간이 너무 좁아 유무기 하이브리드 화합물(100) 내부로의 분자이동이 제약을 받을뿐만 아니라 이동 가능한 분자의 크기와 이동량이 크게 감소하며 8.0Å 이하가 되면 흡착이나 저장의 효과가 극히 미미해진다. 상기 기둥부들 간의 평균거리가 18.8Å을 초과하면 유무기 하이브리드 화합물(100) 중의 유기물층(120)의 밀도가 너무 작아 기둥구조의 합성이 상당히 어려워지며 20.6Å을 초과하는 거리로는 기둥구조를 유지하지 못한다.If the average distance between the pillars is less than 9.2 Å, the internal space in the organic-inorganic hybrid compound 100 is too narrow, and not only the movement of molecules into the organic-inorganic hybrid compound 100 is restricted, but also the size and movement amount of movable molecules It decreases greatly and when it is less than 8.0Å, the effect of adsorption or storage becomes very insignificant. When the average distance between the pillars exceeds 18.8 Å, the density of the organic material layer 120 in the organic-inorganic hybrid compound 100 is too small, so that the synthesis of the pillar structure is quite difficult, and the column structure is not maintained at a distance exceeding 20.6 Å. can not do it.

또한, 유무기 하이브리드 화합물(100)은 각종 가스 및 금속을 흡착 및/또는 저장하기 위해 유용하게 사용될 수 있다. In addition, the organic-inorganic hybrid compound 100 may be usefully used to adsorb and/or store various gases and metals.

본 발명의 유무기 하이브리드 화합물(100)을 분자흡착용으로 이용할 경우, 무기물층(110)의 표면에 노출된 히드록실기(OH)가 가장 큰 기여를 하고, 기둥을 형성하는 물질과 도핑된 금속(디카르복실산 이온 및 2가 금속 양이온)도 부차적인 기여를 하게 된다. 또한, 비표면적과 공극 부피가 큰 것이 흡착 능력을 향상시키는데 결정적 역할을 한다.When the organic-inorganic hybrid compound 100 of the present invention is used for molecular adsorption, the hydroxyl group (OH) exposed on the surface of the inorganic material layer 110 contributes the most, and the material forming the pillar and the doped metal (dicarboxylic acid ions and divalent metal cations) also make secondary contributions. In addition, the large specific surface area and pore volume play a decisive role in improving the adsorption capacity.

예를 들어, 유무기 하이브리드 화합물(100)은 휘발성 유기화합물, 새집증후군 등을 일으키는 액상의 환경 유해 물질, 다환 방향족 탄화수소, 배기가스 계열의 환경오염 물질, 온실가스, 방사능 물질, 유해 중금속, 독성 화학물질 및/또는 수소를 흡착시켜 저장하기 위해 유용하게 사용될 수 있다.For example, the organic-inorganic hybrid compound 100 is a volatile organic compound, a liquid environmentally harmful substance causing sick house syndrome, etc., polycyclic aromatic hydrocarbon, exhaust gas-based environmental pollutants, greenhouse gases, radioactive substances, hazardous heavy metals, toxic chemicals It can be usefully used to adsorb and store substances and/or hydrogen.

상기 휘발성 유기화합물은 벤젠, 톨루엔, 자일렌 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The volatile organic compound may include benzene, toluene, xylene, or a combination thereof.

상기 액상의 환경 유해 물질은 포름알데하이드, 클로로포름 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The liquid environmentally hazardous material may include formaldehyde, chloroform, or a combination thereof.

상기 다환 방향족 탄화수소는 벤조(a)피렌을 포함할 수 있다.The polycyclic aromatic hydrocarbon may include benzo (a) pyrene.

상기 배기가스 계열의 환경오염 물질은 NO, NO2, N2O, SO2, CO 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The exhaust gas-based environmental pollutants may include NO, NO 2 , N 2 O, SO 2 , CO, or a combination thereof.

상기 온실가스는 CO2, CH4 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The greenhouse gas may include CO 2 , CH 4 or a combination thereof.

상기 방사능 물질은 세슘(Cs)를 포함할 수 있다.The radioactive material may include cesium (Cs).

상기 독성 화학물질은 염소가스(Cl2), 페놀(Phenol), 시안화수소(HCN), 아크롤레인(Acrolein), 니코틴(Nicotine) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The toxic chemical may include chlorine gas (Cl 2 ), phenol (Phenol), hydrogen cyanide (HCN), acrolein, nicotine, or a combination thereof.

상기 유해 중금속은 Pb를 포함할 수 있다.The harmful heavy metal may include Pb.

이하에서는 유무기 하이브리드 화합물(100)을 이용한 수소의 저장에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the storage of hydrogen using the organic-inorganic hybrid compound 100 will be described in detail.

수소 저장에서 가장 큰 목표는 상온(room temperature)에서 안전하게 많은 양의 수소를 저장하는 것이다. 수소분자(H2)의 경우, 유무기 하이브리드 화합물(100)이 수소를 흡착하는 에너지의 절대값은 앞에서 언급된 대부분의 유해물질 (후술하는 표 7 및 표 8에서 27kJ/mol 이상 혹은 분자당 환산하여 280meV(밀리전자볼트) 이상)보다는 훨씬 작으며 (2~10kJ/mol 혹은 분자당 환산하여 20~100meV), 따라서 수소를 상온에서 저장하기가 극히 어렵다는 사실은 이전에 연구된 모든 흡착물질의 경우에 이미 잘 알려져 있다(참고문헌 3 참조). 질소 액화 온도인 영하 196℃(=77K)의 극저온에서는 이러한 작은 흡착에너지로도 수소의 저장이 가능하나 경제성이 없다. 이런 이유로 인해, 현재 수소 연료전지 자동차는 저장 물질을 따로 쓰지 않고 빈 수소탱크에 700기압의 고압으로 수소를 압축하여 저장하고 있다. 저장의 안정성을 위해 100기압 이내로 저장할 수 있는 물질을 개발할 것을 미국 에너지성(Dept. Of Energy)에서 목표로 제시하여 왔다. 그러나, 본 발명의 유무기 하이브리드 화합물(100)은 흡착 에너지 크기의 평균값이 과거의 물질들보다 크고, 또한 층상 구조 때문에 공극 내에서 비교적 균일한 흡착 에너지 값을 가지게 되어 일종의 퍼텐셜 우물(potential well)로 작용한다. 이로 인해 본 발명의 유무기 하이브리드 화합물(100)은 그 내부에서 수소의 밀도가 증가하고, 대단히 큰 공극 부피와 상승작용하여 상온에서도 수소 저장 능력을 획기적으로 향상시킬 수 있다.The main goal in hydrogen storage is to store large amounts of hydrogen safely at room temperature. In the case of a hydrogen molecule (H 2 ), the absolute value of the energy at which the organic-inorganic hybrid compound 100 adsorbs hydrogen is equivalent to 27 kJ/mol or more in Tables 7 and 8 described above or in terms of per molecule of most of the harmful substances mentioned above. Therefore, it is much smaller than 280meV (millielectron volt) (2~10kJ/mol or 20~100meV per molecule), so the fact that it is extremely difficult to store hydrogen at room temperature is the case for all adsorbed materials studied previously. is already well known (see Ref. 3). At a cryogenic temperature of minus 196°C (=77K), which is the nitrogen liquefaction temperature, hydrogen can be stored even with such a small adsorption energy, but it is not economical. For this reason, the current hydrogen fuel cell vehicle compresses and stores hydrogen at a high pressure of 700 atmospheres in an empty hydrogen tank without using a separate storage material. For the stability of storage, the US Department of Energy (Dept. Of Energy) has proposed as a goal to develop a material that can be stored within 100 atmospheres. However, the organic-inorganic hybrid compound 100 of the present invention has an average value of adsorption energy greater than that of past materials, and has a relatively uniform adsorption energy value in the pores due to its layered structure, so it is a kind of potential well. works Due to this, the organic-inorganic hybrid compound 100 of the present invention increases the density of hydrogen therein, and acts synergistically with a very large pore volume, thereby remarkably improving the hydrogen storage capacity even at room temperature.

이하에서는 본 발명의 유무기 하이브리드 화합물(100)이 수소를 흡착 및 저장하는 원리에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the principle of the organic-inorganic hybrid compound 100 of the present invention adsorbing and storing hydrogen will be described in detail.

먼저, 본 발명의 유무기 하이브리드 화합물(100)은 각 무기물층(110)의 아래위 표면에 많은 히드록실기(OH)를 갖는다. 특히, 산소는 많은 음전하를 띠고 있으므로 그 부근에는 강한 전기장(electric field)이 형성된다. First, the organic-inorganic hybrid compound 100 of the present invention has many hydroxyl groups (OH) on the upper and lower surfaces of each inorganic layer 110 . In particular, since oxygen has many negative charges, a strong electric field is formed in its vicinity.

따라서, 본 발명의 유무기 하이브리드 화합물(100)은 이 성질을 이용하여 전기장을 거의 형성하지 못하는 물질(예를 들어, 활성탄소처럼 주로 탄소로 이루어진 물질)에는 흡착이 잘 안되는 수소 가스도 상대적으로 잘 흡착시킬 수 있다. 전기장을 형성하지 못하는 물질에 수소를 흡착시키면 주로 아주 미약한 반 데르발스 상호작용에 의해서 흡착된다. 그러나, 전기장이 있는 경우, 수소분자(H2)의 전기쌍극자(electric dipole)값(p) 자체는 0 이지만 전기 분극률(electric polarizability) 값(α)은 0.804x10-24cm3이고(참고문헌 4 참조), 전기사중극자(electric quadrupole) 값(Q)은 0.662x10-26esuㆍcm2 (참고문헌 5 참조)로 알려져 있다. Therefore, the organic-inorganic hybrid compound 100 of the present invention uses this property to relatively well absorb hydrogen gas, which is poorly adsorbed to a material that hardly forms an electric field (eg, a material mainly composed of carbon such as activated carbon). can be adsorbed. When hydrogen is adsorbed to a substance that cannot form an electric field, it is adsorbed mainly by a very weak van der Waals interaction. However, in the presence of an electric field, the electric dipole value ( p ) of the hydrogen molecule (H 2 ) itself is 0, but the electric polarizability value (α) is 0.804x10 -24 cm 3 (References 4), the electric quadrupole value (Q) is known to be 0.662x10 -26 esu·cm 2 (see Reference 5).

유무기 하이브리드 화합물(100)을 구성하는 산소 부근의 전기장(E)과 전기장 물매(electric field gradient)의 크기는, 실시예 1에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물 내 전자구조를 참고문헌 1 및 2의 방법으로 계산한 결과, 분자가 물질내부에 흡착하는 위치에서 약 0.6V/Å 및 0.3V/Å2 인 것으로 나타났다. 유도된 쌍극자의 에너지 및 사중극자 에너지는 각각 알려진 식들(-½×α×E2

Figure 112020011782724-pat00001
)(참고문헌 6)을 써서 얻어지며, 결과적으로 수소 분자 1개 당 유도된 쌍극자와 사중극자 각각이 -10meV 및 -20meV의 추가적 흡착 에너지를 제공하는 것으로 나타났으며, 그 합(약 -30 meV)은 수소분자처럼 상온 흡착이 잘 안되는 분자의 경우 흡착에 상당히 크게 기여한다. 일반적으로 과거에 수행되어온 절대온도 77K(= -196℃)에서의 극저온 실험에서는 이러한 추가적 흡착 에너지 기여 없이도 흡착 저장이 잘 되지만, 원래 흡착 저장이 잘 안되는 상온에서는 이러한 추가적 흡착 에너지(-30meV)가 대단히 중요하고, 이로 인해 반 데르 발스 상호작용만 있을때 보다 저장량이 약 3배 증가할 수 있다. 구체적으로, 흡착 에너지가 -30meV 만큼 추가되어 그만큼의 화학 퍼텐셜(chemical potential) μ의 변화(Δμ)가 생기면 25℃에서 kT(k는 볼츠만 상수(Boltzmann constant), T(절대온도)=298.15K)값이 25.7meV이고, 평형 열역학(equilibrium thermodynamics)에 의해(참고문헌 7) 밀도 변화는 exp(-Δμ/kT)=3.2, 즉 저장하는 기체의 밀도가 약 3배 증가한다.The magnitude of the electric field (E) and electric field gradient in the vicinity of oxygen constituting the organic-inorganic hybrid compound 100 is the electronic structure in the organic-inorganic hybrid compound prepared in Example 1, the method of References 1 and 2 As a result of calculating with , it was found to be about 0.6V/Å and 0.3V/Å 2 at positions where molecules adsorb inside the material. The induced dipole energies and quadrupole energies are respectively determined by the known equations (−½×α×E 2 and
Figure 112020011782724-pat00001
) (Ref. 6), and as a result, it was shown that the dipole and quadrupole induced per hydrogen molecule provide additional adsorption energies of -10 and -20 meV, respectively, and the sum (about -30 meV) ) contributes significantly to adsorption for molecules that are not well adsorbed at room temperature, such as hydrogen molecules. In general, in the cryogenic experiment at an absolute temperature of 77K (= -196℃) performed in the past, adsorption storage is good without this additional adsorption energy contribution, but at room temperature where the original adsorption storage is not well, this additional adsorption energy (-30meV) is very high. important, and this could lead to an approximately three-fold increase in storage over van der Waals interactions alone. Specifically, when the adsorption energy is added by -30 meV and a change (Δμ) of the chemical potential μ occurs, kT at 25°C (k is Boltzmann constant, T (absolute temperature)=298.15K) The value is 25.7 meV, and the density change by equilibrium thermodynamics (Ref. 7) is exp(-Δμ/kT) = 3.2, that is, the density of the gas to be stored increases by about 3 times.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 구현예에 따른 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물(100)은 본 발명자들이 각고의 노력 끝에 최초로 발견한 물질로서 기존에는 존재하지 않았던 신규한 물질이다.The organic-inorganic hybrid compound 100 having a low-density columnar structure according to an embodiment of the present invention having the above configuration is a novel material that did not exist in the past as a material first discovered by the inventors after hard work.

또한, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 구현예에 따른 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물(100)은 층상구조를 갖는 무기물, 특히 깁사이트(Al(OH)3)의 층 사이에 유기물 분자, 특히 metal-dicarboxylate 계열(예를 들어 Zn-C8H4O4, 즉, zinc-terephthalate)을 수직 기둥 형태로 삽입시켜 무기물과 유기물이 화학적으로 결합한 구조를 형성하되, 그 기둥 밀도가 극히 낮으면서도 구조적 안정성을 확보하였다. 더욱이, 무기물층들(110) 사이에 기둥으로 존재하는 유기물의 밀도가 최소화됨으로써 층들 사이에는 빈 공극(pore)의 부피가 최대화되어, 많은 양의 유해물질이나 각종 가스들을 포집하여 흡착 혹은 저장할 수 있는 능력을 구현하였다. 그리고 층간 간격도 원래 깁사이트의 4.86Å에서 14Å 이상(terephthalate 경우)으로 확대되어 공극의 부피(pore volume) 증가에 기여하였다.In addition, the organic-inorganic hybrid compound 100 having a low-density columnar structure according to an embodiment of the present invention having the above configuration is an inorganic material having a layered structure, in particular, an organic material molecule between the layers of gibbsite (Al(OH) 3 ). , in particular, metal-dicarboxylate series (eg, Zn-C 8 H 4 O 4 , that is, zinc-terephthalate) is inserted in a vertical column to form a structure in which inorganic and organic matter are chemically combined, but the column density is extremely low. Structural stability was secured. Moreover, since the density of organic matter existing as a pillar between the inorganic layers 110 is minimized, the volume of empty pores between the layers is maximized, and a large amount of harmful substances or various gases can be captured and adsorbed or stored. ability was implemented. In addition, the interlayer spacing was also expanded from 4.86 Å of gibbsite to 14 Å or more (in the case of terephthalate), contributing to an increase in pore volume.

이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the following examples, but the present invention is not limited only to the following examples.

실시예Example

실시예 1~5 및 비교예 1~2: 유무기 하이브리드 화합물의 제조Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1-2: Preparation of organic-inorganic hybrid compounds

(수열합성법이 아닌 방법에 의한 깁사이트의 제조)(Production of gibbsite by a method other than hydrothermal synthesis)

Al(NO3)3를 교반을 통해 250ml 물에 완전히 용해시켜 Al(NO3)3 수용액을 제조하고, NaOH를 교반을 통해 250ml 물에 완전히 용해시켜 NaOH 수용액을 제조하였다.Al(NO 3 ) 3 was completely dissolved in 250 ml of water through stirring to prepare an Al(NO 3 ) 3 aqueous solution, and NaOH was completely dissolved in 250 ml of water through stirring to prepare an aqueous NaOH solution.

이후, 상기 Al(NO3)3 수용액(25℃)과 상기 NaOH 수용액(25℃)을 혼합하여 백색 침전물을 얻었다.Then, the Al(NO 3 ) 3 aqueous solution (25° C.) and the NaOH aqueous solution (25° C.) were mixed to obtain a white precipitate.

이후, 원심분리기를 통해 상기 침전물로부터 물을 일차적으로 제거하고, 증류수로 3회 이상 세정하여 미반응 잔여물을 제거하여 백색 가루를 얻었다. Thereafter, water was primarily removed from the precipitate through a centrifugal separator, and unreacted residues were removed by washing with distilled water three or more times to obtain white powder.

이후, 깨끗이 씻겨진 백색 가루를 동결 건조기에 넣어 1주일 정도 건조시켜 수분이 약 30중량% 함유된 무정형의 깁사이트를 얻었다.After that, the washed white powder was put in a freeze dryer and dried for about 1 week to obtain an amorphous gibbsite containing about 30% by weight of moisture.

상기 수열합성법이 아닌 방법에 의한 깁사이트의 제조에서 Al(NO3)3 대신 AlCl3 혹은 Al2(SO4)3를 사용하였을 경우에도 동일한 무정형의 깁사이트를 얻었다.In the production of gibbsite by a method other than the hydrothermal synthesis method, Al(NO 3 ) 3 Instead of AlCl 3 or Even when Al 2 (SO 4 ) 3 was used, the same amorphous gibbsite was obtained.

(수열합성법이 아닌 방법에 의한 유무기 하이브리드 화합물의 제조)(Preparation of organic-inorganic hybrid compounds by methods other than hydrothermal synthesis)

위에서 얻은 수분이 약 30중량% 함유된 무정형의 Al(OH)3, ZnCl2 및 테레프탈산을 200ml의 증류수에 넣고 70℃까지 승온시킨 후 7시간 동안 유지시켜 침전물을 얻었다.Amorphous Al(OH) 3 , ZnCl 2 and terephthalic acid containing about 30% by weight of moisture obtained above were placed in 200 ml of distilled water, heated to 70° C., and maintained for 7 hours to obtain a precipitate.

이후, 원심분리기를 통해 상기 침전물로부터 물을 일차적으로 제거하고, 증류수로 1회 세정하여 백색 가루를 얻었다.Thereafter, water was primarily removed from the precipitate through a centrifuge, and washed once with distilled water to obtain a white powder.

이후, 상기 얻어진 백색 가루를 동결건조기를 통해 48시간 동안 건조시켜 Zn이 도핑된 유무기 하이브리드 화합물을 얻었다.Then, the obtained white powder was dried for 48 hours through a freeze dryer to obtain a Zn-doped organic-inorganic hybrid compound.

실시예 1~5 및 비교예 1~2에서 사용 원료의 종류와 함량, 및 사용 원료 중 명목상의 Zn/Al 몰비를 정리하여 하기 표 1에 나타내었다.The types and contents of raw materials used in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 2, and the nominal Zn/Al molar ratio among the raw materials used are summarized and shown in Table 1 below.

사용 원료(g)Raw material used (g) 원료중 명목상 Zn/Al 몰비Nominal Zn/Al molar ratio in raw materials Al(OH)2H2OAl(OH) 2H 2 O ZnCl2 ZnCl 2 테레프탈산terephthalic acid 실시예 1Example 1 2.372.37 0.1760.176 0.2160.216 0.06250.0625 실시예 2Example 2 2.372.37 0.1520.152 0.1840.184 0.05340.0534 실시예 3Example 3 2.372.37 0.1320.132 0.1680.168 0.04680.0468 실시예 4Example 4 2.372.37 0.1170.117 0.1440.144 0.04170.0417 실시예 5Example 5 2.372.37 0.3520.352 0.4320.432 0.1250.125 비교예 1Comparative Example 1 2.372.37 0.0940.094 0.1150.115 0.03330.0333 비교예 2Comparative Example 2 2.372.37 0.5630.563 0.6910.691 0.20.2

비교예 3: 유무기 하이브리드 화합물의 제조Comparative Example 3: Preparation of organic-inorganic hybrid compound

(수열합성법에 의한 깁사이트의 제조)(Production of gibbsite by hydrothermal synthesis)

Al(NO3)3를 교반을 통해 250ml 물에 완전히 용해시켜 Al(NO3)3 수용액을 제조하고, NaOH를 교반을 통해 250ml 물에 완전히 용해시켜 NaOH 수용액을 제조하였다.Al(NO 3 ) 3 was completely dissolved in 250 ml of water through stirring to prepare an Al(NO 3 ) 3 aqueous solution, and NaOH was completely dissolved in 250 ml of water through stirring to prepare an aqueous NaOH solution.

이후, 상기 Al(NO3)3 수용액과 상기 NaOH 수용액을 혼합하여 수열합성 반응기(오토클레이브)에 넣고 120℃로 승온시킨 후, 6시간 동안 유지시켜 백색 침전물을 얻었다.Thereafter, the Al(NO 3 ) 3 aqueous solution and the NaOH aqueous solution were mixed, put into a hydrothermal synthesis reactor (autoclave), and the temperature was raised to 120° C. and maintained for 6 hours to obtain a white precipitate.

이후, 원심분리기를 통해 상기 침전물로부터 물을 일차적으로 제거하고, 증류수로 1회 세정하여 미반응 잔여물을 제거하여 백색 가루를 얻었다. Thereafter, water was primarily removed from the precipitate through a centrifugal separator and washed once with distilled water to remove unreacted residues to obtain white powder.

이후, 깨끗이 씻겨진 백색 가루를 동결 건조기에 넣어 48시간 정도 건조시켜 수분이 약 30중량% 함유된 결정성이 우수한 깁사이트(γ-Al(OH)3)를 얻었다.Thereafter, the washed white powder was put in a freeze dryer and dried for about 48 hours to obtain gibbsite (γ-Al(OH) 3 ) with excellent crystallinity containing about 30% by weight of moisture.

(수열합성법이 아닌 방법에 의한 유무기 하이브리드 화합물의 제조)(Preparation of organic-inorganic hybrid compounds by methods other than hydrothermal synthesis)

실시예 1에서 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 무정형의 Al(OH)3 대신에 비교예 3에서 수열합성법으로 제조된 결정성의 Al(OH)3를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법(즉, 수열합성법이 아닌 방법)으로 유무기 하이브리드 화합물을 얻었다.The same method as in Example 1, except that crystalline Al(OH) 3 prepared by hydrothermal synthesis in Comparative Example 3 was used instead of amorphous Al(OH) 3 prepared by a method other than hydrothermal synthesis in Example 1 (that is, a method other than hydrothermal synthesis) to obtain an organic-inorganic hybrid compound.

비교예 4: 유무기 하이브리드 화합물의 제조Comparative Example 4: Preparation of organic-inorganic hybrid compound

유무기 하이브리드 화합물을 제조하는 후반단계시 수열합성법이 아닌 방법 대신에 수열합성법을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유무기 하이브리드 화합물을 얻었다.An organic-inorganic hybrid compound was obtained in the same manner as in Example 1, except that a hydrothermal synthesis method was used instead of a non-hydrothermal synthesis method in the latter stage of preparing the organic-inorganic hybrid compound.

구체적으로, 실시예 1에서 수열합성법이 아닌 방법으로 제조된 무정형의 Al(OH)3, ZnCl2 및 테레프탈산을 200ml의 증류수에 넣고 수열합성 반응기(오토클레이브) 내에서 120℃까지 승온시킨 후 6시간 유지시켜 침전물을 얻었다.Specifically, in Example 1, amorphous Al(OH) 3 , ZnCl 2 and terephthalic acid prepared by a method other than the hydrothermal synthesis method in 200 ml of distilled water were put in 200 ml of distilled water, and the temperature was raised to 120 ° C. in the hydrothermal synthesis reactor (autoclave) for 6 hours maintained to obtain a precipitate.

이후, 원심분리기를 통해 상기 침전물로부터 물을 일차적으로 제거하고, 증류수로 1회 세정하여 백색 가루를 얻었다.Thereafter, water was primarily removed from the precipitate through a centrifuge, and washed once with distilled water to obtain a white powder.

이후, 상기 얻어진 백색 가루를 동결건조기를 통해 48시간 동안 건조시켜 최종 화합물을 얻었다.Then, the obtained white powder was dried for 48 hours through a freeze dryer to obtain a final compound.

평가예 1: 깁사이트(Al(OH)Evaluation Example 1: Gibbsite (Al (OH) 33 )의 XRD 그래프 분석) XRD graph analysis of

실시예 1에서 그 중간 과정인 깁사이트 제조단계(S10)에서 제조된 깁사이트의 XRD를 도 3에 도시하였다(실시예 2-5 및 비교예 1-2의 경우 깁사이트 제조단계(S10)까지는 실시예 1과 완전히 동일함). 비교예 3에서 제조된 깁사이트의 XRD 그래프는 도 4에 도시하였다. XRD 장치로는 Rigaku의 D/Max-2500VK/PC를 사용하였으며, 분석조건은 CuKα radiation speed 2° min-1이었다.In Example 1, the XRD of the gibbsite prepared in the gibbsite preparation step (S10), which is an intermediate process, is shown in FIG. Exactly the same as Example 1). The XRD graph of gibbsite prepared in Comparative Example 3 is shown in FIG. 4 . Rigaku's D/Max-2500VK/PC was used as the XRD device, and the analysis conditions were CuKα radiation speed 2° min -1 .

도 5는 참고문헌 8에 개시되어 있는 일반적인 깁사이트 결정구조(γ-Al(OH)3)의 XRD 그래프이고, 도 6은 참고문헌 9에 개시되어 있는 hydrotalcite(Al 및 O를 포함하고 있는 또 다른 층상구조 물질)의 XRD 그래프이다.5 is an XRD graph of the general gibbsite crystal structure (γ-Al(OH) 3 ) disclosed in Reference 8, and FIG. 6 is another hydrotalcite (Al and O containing hydrotalcite) disclosed in Reference 9. It is an XRD graph of a layered material).

도 3 내지 도 6을 참조하면, 도 3의 XRD 그래프(실시예 1)는 어떠한 뚜렷하게 예리한 XRD peak도 존재하지 않는 무정형 물질의 전형적(typical) 형태를 보여주고 있다. 깁사이트 제조단계에서 투입된 Al:OH의 비율 및 EDX 원소분석상의 Al:O 비율(H는 일반적으로 EDX 분석에서 제외됨)이 모두 1:3으로서, 성분상 깁사이트(Al(OH)3)를 형성하지만 도 4 내지 도 6과는 다른 무정형 형태가 얻어졌다. 도 4의 XRD 그래프(비교예 3)는 도 5에 개시된 깁사이트 결정구조(γ-Al(OH)3)의 XRD 그래프와 패턴이 유사하고, 도 6의 XRD 그래프와는 패턴이 전혀 상이한 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터, 실시예 1 및 비교예 3에서 전반단계에 제조된 깁사이트 추정 물질은 hydrotalcite가 아님이 확인되었다. 구체적으로, 실시예 1에서 제조된 깁사이트 추정 물질은 성분상 깁사이트 구조를 갖되 결정성이 아닌 무정형의 깁사이트 구조를 가지며, 비교예 3에서 제조된 깁사이트 추정 물질은 실제로 결정성의 깁사이트 구조를 가짐이 확인되었다.Referring to FIGS. 3 to 6 , the XRD graph of FIG. 3 (Example 1) shows a typical form of an amorphous material in which no sharp XRD peak is present. The ratio of Al:OH input in the gibbsite manufacturing step and the Al:O ratio in EDX elemental analysis (H is generally excluded from EDX analysis) are all 1:3, forming component gibbsite (Al(OH) 3 ) However, an amorphous form different from FIGS. 4 to 6 was obtained. The XRD graph of FIG. 4 (Comparative Example 3) showed that the pattern was similar to the XRD graph of the gibbsite crystal structure (γ-Al(OH) 3 ) disclosed in FIG. 5, and the pattern was completely different from the XRD graph of FIG. 6 . . From these results, it was confirmed that the gibbsite putative material prepared in the first stage in Example 1 and Comparative Example 3 was not hydrotalcite. Specifically, the putative gibbsite material prepared in Example 1 has a gibbsite structure in its composition, but has an amorphous gibbsite structure rather than crystalline, and the putative gibbsite material prepared in Comparative Example 3 actually has a crystalline gibbsite structure. has been confirmed to have

평가예 2: 유무기 하이브리드 화합물의 XRD 그래프 분석Evaluation Example 2: XRD graph analysis of organic-inorganic hybrid compounds

실시예 1~5 및 비교예 1~4에서 최종 제조된 유무기 하이브리드 화합물의 XRD 그래프를 분석하여, 그 결과들을 도 7a 내지 도 7e 및 도 8a 내지 도 8d에 순서대로 나타내었다. XRD 장치로는 Rigaku의 D/Max-2500VK/PC를 사용하였으며, 분석조건은 CuKα radiation speed 2° min-1이었다.The XRD graphs of the organic-inorganic hybrid compounds finally prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 were analyzed, and the results are sequentially shown in FIGS. 7A to 7E and 8A to 8D . Rigaku's D/Max-2500VK/PC was used as the XRD device, and the analysis conditions were CuKα radiation speed 2° min -1 .

전술한 바와 같이, 최종적으로 제조된 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물은 3가 금속 양이온(구체적으로 Al3+)의 비율이 2가 금속 양이온(구체적으로 Zn2+)보다 압도적으로 높기 때문에 hydrotalcite구조는 가질 수 없고 깁사이트 구조를 가질 수 있다. 그러나, 2가 음이온(구체적으로, 테레프탈산 이온)이 인터칼레이트되어 기둥 역할을 함으로써 층간 간격은 원래의 순수한 깁사이트보다 증가하므로 층간 간격이 얼마나 늘어났는가를 확인 및 규명하는 것이 핵심 과제이다. 층간 간격을 나타내는 XRD의 최좌측 주된 peak의 위치(2θ 값)가 왼쪽으로 이동한 것은 층간 간격의 증가를 나타내고, 그 peak의 높이는 기둥부들이 일정하게 잘 형성된 정도를 나타낸다.As described above, the finally prepared low-density columnar organic-inorganic hybrid compound has a hydrotalcite structure because the ratio of trivalent metal cations (specifically Al 3+ ) is overwhelmingly higher than that of divalent metal cations (specifically Zn 2+ ). , and may have a gibbsite structure. However, since divalent anions (specifically, terephthalate ions) are intercalated and serve as pillars, the interlayer spacing increases compared to the original pure gibbsite. The shift of the position (2θ value) of the leftmost main peak of XRD indicating the interlayer spacing to the left indicates an increase in the interlayer spacing, and the height of the peak indicates the degree to which the pillars are uniformly well formed.

도 5는 참고문헌 8에 개시되어 있는 순수한 깁사이트 결정구조의 XRD 그래프이고, 도 6은 참고문헌 9에 개시되어 있는 또 다른 층상구조 물질인 hydrotalcite의 XRD 그래프이다.5 is an XRD graph of the pure gibbsite crystal structure disclosed in Reference 8, and FIG. 6 is an XRD graph of hydrotalcite, another layered material disclosed in Reference 9.

도 5, 도 6, 도 7a 내지 도 7e 및 도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 도 7a 내지 도 7e 및 도 8b의 XRD 그래프들은 도 5의 XRD 그래프와 패턴이 유사하되 최좌측 주된 peak의 위치가 2θ=18.2°에서 6.2°로 이동하였는데, 이것은 깁사이트 구조를 유지하되 층간 간격이 4.86Å에서 14.1Å으로 증가했음을 의미하며, 이들은 도 6의 hydrotalcite XRD 그래프와는 패턴이 전혀 상이한 것으로 나타났다. 또한, 도 8a(비교예 1)에서 14.1Å에 해당하는 peak가 사라진 것은 x의 양이 너무 작아져 기둥구조 형성에서 실패한 것을 나타낸다. 도 8d의 XRD 그래프는 도 5의 XRD 그래프 및 도 6의 XRD 그래프 모두와 패턴이 전혀 상이하며 수열합성 상의 고온 등으로 인하여 깁사이트도 아니고 hydrotalcite도 아닌 제3의 구조로 변화한 것을 나타낸다. 이러한 결과로부터, 실시예 1~5 및 비교예 2에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물은 hydrotalcite 구조가 아니라 층간 간격이 증가한 깁사이트 구조를 갖는 화합물이고, 비교예 1(도 8a) 및 비교예 4(도 8d)에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물은 hydrotalcite 구조도 아니고 깁사이트 구조도 아닌 다른 구조를 갖는 화합물이며, 비교예 3에서 최종 제조된 물질(도 8c)은 수열합성법을 쓴 전반 단계(S10)에서 순수한 깁사이트 결정구조가 완벽하고 강하게 형성되어서, 후반 단계(S20)의 실시에도 불구하고 테레프탈산 이온이 삽입되지 못하고 층간 간격이 증가하지 않은 순수한 깁사이트(도 5) 구조로 합성되었음을 알 수 있다.5, 6, 7A to 7E and 8A to 8D, the XRD graphs of FIGS. 7A to 7E and 8B are similar to those of the XRD graph of FIG. 5, except that the position of the leftmost main peak is 2θ = 18.2° to 6.2°, which means that the gibbsite structure was maintained but the interlayer spacing increased from 4.86 Å to 14.1 Å, which showed a completely different pattern from the hydrotalcite XRD graph of FIG. 6 . In addition, the disappearance of the peak corresponding to 14.1 Å in FIG. 8A (Comparative Example 1) indicates that the amount of x is too small to fail in the formation of the columnar structure. The XRD graph of FIG. 8D shows that the pattern is completely different from both the XRD graph of FIG. 5 and the XRD graph of FIG. 6, and the XRD structure is changed to a third structure that is neither gibbsite nor hydrotalcite due to high temperature in hydrothermal synthesis. From these results, the organic-inorganic hybrid compounds prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Example 2 are compounds having a gibbsite structure with increased interlayer spacing, not a hydrotalcite structure, and Comparative Examples 1 (FIG. 8a) and Comparative Example 4 (FIG. The organic-inorganic hybrid compound prepared in 8d) is a compound having neither a hydrotalcite structure nor a gibbsite structure, and the material finally prepared in Comparative Example 3 (FIG. 8c) is pure in the first step (S10) using the hydrothermal synthesis method. Since the gibbsite crystal structure was perfectly and strongly formed, it can be seen that the terephthalate ion was not inserted and the gibbsite was synthesized into a pure gibbsite structure ( FIG. 5 ) in which the interlayer spacing did not increase despite the execution of the latter step (S20).

평가예 3: 유무기 하이브리드 화합물의 원소 분석Evaluation Example 3: Elemental Analysis of Organic-Inorganic Hybrid Compounds

실시예 1~5 및 비교예 1~2에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물에 대하여 EDX 원소 분석(Energy-dispersive X-ray spectroscopy)을 수행하여, 그 결과(실제 합성된 물질의 원소 조성비율)들을 하기 표 2에 순서대로 나타내었다. EDX 장치로는 Horiba의 X-MaxN 50을 사용하였다. EDX elemental analysis (Energy-dispersive X-ray spectroscopy) was performed on the organic-inorganic hybrid compounds prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 2, and the results (elemental composition ratio of the actually synthesized material) were shown below. It is shown in Table 2 in order. As the EDX device, Horiba's X-MaxN 50 was used.

원소 조성(원자%)Elemental composition (atomic %) 실제 몰비(x)Actual molar ratio (x) CC OO AlAl ClCl ZnZn Zn/AlZn/Al 실시예 1Example 1 14.8514.85 63.3863.38 20.3820.38 ~0~0 1.351.35 0.06620.0662 실시예 2Example 2 12.4612.46 63.7963.79 22.4122.41 ~0~0 1.331.33 0.05930.0593 실시예 3Example 3 11.3111.31 71.6571.65 16.3616.36 ~0~0 0.670.67 0.0410.041 실시예 4Example 4 11.3711.37 71.371.3 16.7416.74 ~0~0 0.610.61 0.0360.036 실시예 5Example 5 23.0223.02 62.2662.26 12.7212.72 ~0~0 1.91.9 0.1490.149 비교예 1Comparative Example 1 10.3810.38 71.2271.22 17.9817.98 ~0~0 0.410.41 0.0230.023 비교예 2Comparative Example 2 20.7320.73 64.264.2 12.4212.42 ~0~0 2.492.49 0.2000.200

평가예 4: 유무기 하이브리드 화합물의 실물 이미지 분석Evaluation Example 4: Analysis of real images of organic-inorganic hybrid compounds

실시예 1에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물의 사진을 촬영하여 도 9에 나타내었다.A photograph of the organic-inorganic hybrid compound prepared in Example 1 was taken and shown in FIG. 9 .

도 9을 참조하면, 실시예 1에서 제조된 시료는 백색 분말 형태이다. 실시예 2 내지 5에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물을 촬영한 모습은 도 9와 동일한 백색분말 형태이다.Referring to FIG. 9 , the sample prepared in Example 1 is in the form of white powder. The images of the organic-inorganic hybrid compounds prepared in Examples 2 to 5 are in the same white powder form as in FIG. 9 .

본 발명이 목적하는 물질이 가지는 두가지 특성은, 첫째 기둥구조를 견고하게 형성하여 증가된 층간 간격을 지탱하며(14.1Å 위치의 XRD peak가 강하게 나타나며), 둘째 기둥밀도가 가능한 한 낮아(x값이 가능한 한 작음) 층간에 빈 공간을 확보하는 것이다. 두가지 조건을 동시에 만족하는 실시예 1 내지 5(특히, 실시예 1 및 2)에 대해서 추가적인 심층적 분석을 진행하여 평가예 5 내지 7에 기재하였다.The two properties of the material of the present invention are: first, it forms a columnar structure firmly to support the increased interlayer spacing (XRD peak at the position of 14.1Å appears strongly), and secondly, the column density is as low as possible (the x value is as small as possible) to secure an empty space between floors. Examples 1 to 5 (especially, Examples 1 and 2) that satisfy both conditions at the same time were subjected to additional in-depth analysis and described in Evaluation Examples 5 to 7.

평가예 5: 유무기 하이브리드 화합물 표면 이미지의 SEM 분석Evaluation Example 5: SEM analysis of organic-inorganic hybrid compound surface images

실시예 1~2에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물의 SEM 사진(Scanning Electron Microscope image)을 촬영하여 도 10a 및 도 10b에 각각 나타내었다. 여기에서 사용된 SEM 장치는 JEOL사의 JSM-6390LV이었다.SEM photographs (Scanning Electron Microscope images) of the organic-inorganic hybrid compounds prepared in Examples 1 and 2 were taken and shown in FIGS. 10A and 10B , respectively. The SEM device used here was JEOL's JSM-6390LV.

평가예 6: 유무기 하이브리드 화합물의 원소 분석 (XPS)Evaluation Example 6: Elemental Analysis of Organic-Inorganic Hybrid Compounds (XPS)

실시예 1~2에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물에 대하여 XPS 원소 분석(X-ray photoemission spectroscopy)을 수행하여, 그 결과들을 하기 표 3에 나타내었다. XPS 장치로는 THERMO VG SCIENTIFIC (U.K)의 MultiLab 2000을 사용하였다. XPS elemental analysis (X-ray photoemission spectroscopy) was performed on the organic-inorganic hybrid compounds prepared in Examples 1 and 2, and the results are shown in Table 3 below. MultiLab 2000 from THERMO VG SCIENTIFIC (U.K) was used as the XPS device.

원소 조성(원자%)Elemental composition (atomic %) 실제 몰비(x)Actual molar ratio (x) CC OO AlAl ClCl ZnZn Zn/AlZn/Al 실시예 1Example 1 12.6412.64 61.8261.82 23.9823.98 ~0~0 1.561.56 0.06550.0655 실시예 2Example 2 9.779.77 58.1558.15 30.3830.38 ~0~0 1.71.7 0.05600.0560

상기 표 2 및 표 3의 두 가지 원소 분석법(EDX 및 XPS)을 비교하면 Zn/Al의 몰비가 실험의 오차범위 내에서 일치함을 확인 할 수 있다(실시예 1에서는 0.0662 대비 0.0655, 실시예 2에서는 0.0593 대비 0.0560). 본 명세서에서는 계산상 필요한 경우 EDX의 Zn/Al 몰비를 x의 실제값으로 간주하였다.Comparing the two elemental analysis methods (EDX and XPS) in Tables 2 and 3 above, it can be confirmed that the molar ratio of Zn/Al is consistent within the error range of the experiment (0.0662 compared to 0.0655 in Example 1, 0.0655 in Example 2) in 0.0593 versus 0.0560). In the present specification, if necessary for calculation, the Zn/Al molar ratio of EDX was regarded as the actual value of x.

평가예 7: 깁사이트와 유무기 하이브리드 화합물의 BET 특성 분석Evaluation Example 7: Analysis of BET characteristics of gibbsite and organic-inorganic hybrid compound

실시예 1의 전반 단계(S10)에서 제조된 깁사이트, 및 실시예 1~2에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물의 BET 특성을 분석하여, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.The BET characteristics of the gibbsite prepared in the first step (S10) of Example 1 and the organic-inorganic hybrid compound prepared in Examples 1 and 2 were analyzed, and the results are shown in Table 4 below.

BET 표면적 (m2/g)BET surface area (m 2 /g) 공극 부피(cm3/g)pore volume (cm 3 /g) 깁사이트(Al(OH)3)Gibbsite (Al(OH) 3 ) 실시예 1Example 1 48.32748.327 0.31260.3126 유무기 하이브리드 화합물organic-inorganic hybrid compound 실시예 1Example 1 174.94174.94 1.24871.2487 실시예 2Example 2 345.05345.05 2.13532.1353

상기 표 4를 참조하면, 실시예 1~2에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물은 실시예 1의 전반 단계(S10)에서 제조된 깁사이트에 비해 BET 표면적 및 공극 부피가 모두 상당히 증가한 것으로 나타났다. Referring to Table 4, the organic-inorganic hybrid compounds prepared in Examples 1 and 2 showed significant increases in both the BET surface area and the pore volume compared to the gibbsite prepared in the first step (S10) of Example 1.

평가예 8: 유무기 하이브리드 화합물의 구조 분석Evaluation Example 8: Structural Analysis of Organic-Inorganic Hybrid Compounds

(Zn이 깁사이트(Al(OH)3)의 팔면체 자리에 도핑됨을 확인)(Confirm that Zn is doped at the octahedral site of gibbsite (Al(OH) 3 ))

깁사이트(Al(OH)3)의 팔면체 자리 주위에는 6개의 산소 원자가 존재한다. 구체적으로, 6개의 산소 원자가 깁사이트의 팔면체의 6개 꼭지점에 해당하는 위치에 존재한다. 이 자리는 깁사이트의 팔면체의 중심위치에 해당하며 금속원자(예를 들어, Zn)가 이 빈 자리를 차지하면 주위의 산소원자 모두와 배위결합(coordinate bond)을 이루어 배위수(coordination number)가 6인 안정되고 강한 결합구조를 완성한다(참고문헌 10 참조). 다시 말하면, 금속원자가 이 빈 자리를 차지함으로써 금속원자는 전자쌍 받개(acceptor)로 작용하고, 주위 산소원자 6개는 전자쌍 주개(donor)로 작용해서 강력한 배위결합(coordination bond)을 형성한다.There are 6 oxygen atoms around the octahedral site of gibbsite (Al(OH) 3 ). Specifically, 6 oxygen atoms are present at positions corresponding to the 6 vertices of the octahedron of gibbsite. This site corresponds to the central position of the octahedron of gibbsite, and when a metal atom (eg, Zn) occupies this vacant site, it forms a coordination bond with all surrounding oxygen atoms, and the coordination number is increased. 6 to complete a stable and strong bonding structure (refer to Reference 10). In other words, when a metal atom occupies this vacant site, the metal atom acts as an electron pair acceptor, and 6 surrounding oxygen atoms act as an electron pair donor to form a strong coordination bond.

(수직 기둥구조의 확인)(Confirmation of vertical column structure)

유무기 하이브리드 화합물의 단일층 두께(d)(도 1a 참조)를 측정하는 가장 보편적이고 또한 정확한 방법은 XRD 그래프를 이용하는 것이다. The most common and accurate method for measuring the monolayer thickness (d) of an organic-inorganic hybrid compound (see FIG. 1A ) is to use an XRD graph.

도 7a 내지 도 7e 및 도 8a 내지 도 8d의 XRD 그래프에서 최좌측의 가장 높은 피크를 제공하는 각도의 값(2θ 값)을 잘 알려진 diffraction equation(d=nλ/(2sinθ))에서(참고문헌 11), n=1, λ는 copper Kα emissoin을 이용했을 때의 파장인 1.5406Å을 대입하여 실시예 1~5 및 비교예 2에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물의 단일층 두께(d=14.1Å)를 얻었다.The value of the angle (2θ value) providing the leftmost highest peak in the XRD graphs of FIGS. 7A to 7E and FIGS. 8A to 8D was obtained from the well-known diffraction equation (d=nλ/(2sinθ)) (Reference 11 ), n = 1, λ is a single layer thickness (d = 14.1 Å) of the organic-inorganic hybrid compound prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Example 2 by substituting 1.5406 Å, which is the wavelength when using copper Kα emissoin. got it

이후, 실시예 1~5 및 비교예 2에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물의 경우 단일층 두께(d)와 테레프탈산 이온의 길이를 비교함으로써 테레프탈산 이온이 수직으로 선 기둥부들을 가졌음을 확인하였다. 예를 들어, 실시예 1에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물의 경우, 원래 깁사이트(Al(OH)3) 1층의 두께가 4.86Å이고 테레프탈산 이온의 길이가 약 9.2Å인데, 두 숫자의 합이 단일층 두께(d)인 14.1Å과 일치하므로 테레프탈산 이온이 두 개의 깁사이트(Al(OH)3) 층 사이로 수직으로 끼어들어간 것을 알 수 있다. 테레프탈산 이온의 끝부분의 결합상태에 따라 약 0.3Å의 편차가 있을 수 있는데, 이러한 오차를 감안하더라도 수직으로 서 있다는 결론은 마찬가지이다.Thereafter, in the case of the organic-inorganic hybrid compounds prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Example 2, it was confirmed that the terephthalate ion had vertical columnar portions by comparing the single layer thickness (d) and the length of the terephthalate ion. For example, in the case of the organic-inorganic hybrid compound prepared in Example 1, the thickness of the original gibbsite (Al(OH) 3 ) layer is 4.86 Å and the length of the terephthalate ion is about 9.2 Å, the sum of the two numbers is Since it coincides with the single layer thickness (d) of 14.1 Å, it can be seen that terephthalate ions are vertically interposed between the two gibbsite (Al(OH) 3 ) layers. There may be a deviation of about 0.3 Å depending on the bonding state of the tip of the terephthalate ion. Even considering this error, the conclusion that it stands vertically is the same.

다만, 비교예 1 및 3~4에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물은 기둥구조를 갖지 못하는 것으로 나타났다. However, it was found that the organic-inorganic hybrid compounds prepared in Comparative Examples 1 and 3 to 4 did not have a columnar structure.

(기둥 밀도 및 기둥부들 간의 평균거리 계산)(Calculation of column density and average distance between columns)

실시예 1~5 및 비교예 1~4에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물의 구조를 분석하여 상기 수학식 1로 표시되는 기둥 밀도 및 서로 인접한 기둥부들 간의 평균거리를 계산하여, 그 결과들을 하기 표 5에 나타내었다. 여기서 x는 실제의 Zn/Al 몰비를 사용하였다.By analyzing the structures of the organic-inorganic hybrid compounds prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, the column density represented by Equation 1 and the average distance between adjacent column parts are calculated, and the results are presented in Table 5 below shown in Here, x is the actual Zn/Al molar ratio.

기둥 밀도 (개/Å2)Pillar Density (pcs/Å 2 ) 기둥부들 간의 평균거리(Å)Average distance between pillars (Å) 실시예 1Example 1 1/1671/167 13.713.7 실시예 2Example 2 1/1861/186 14.714.7 실시예 3Example 3 1/2691/269 17.617.6 실시예 4Example 4 1/3061/306 18.818.8 실시예 5Example 5 1/741/74 9.29.2 비교예 1Comparative Example 1 -- -- 비교예 2Comparative Example 2 1/551/55 8.08.0 비교예 3Comparative Example 3 -- -- 비교예 4Comparative Example 4 -- --

상기 표 5를 참조하면, 실시예 1~5에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물은 비교예 2에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물에 비해 기둥 밀도가 작고, 서로 인접한 기둥부들 간의 평균거리가 긴 것으로 나타났다. Referring to Table 5, the organic-inorganic hybrid compound prepared in Examples 1 to 5 had a lower column density and a longer average distance between adjacent columnar portions compared to the organic-inorganic hybrid compound prepared in Comparative Example 2.

비교예 1 및 3~4에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물은 기둥구조를 갖지 않아 기둥 밀도 및 기둥부들 간의 평균거리를 표시하지 않았다. Since the organic-inorganic hybrid compounds prepared in Comparative Examples 1 and 3 to 4 did not have a columnar structure, the column density and the average distance between the columnar parts were not displayed.

평가예 9: 활성탄과 유무기 하이브리드 화합물의 흡착 특성 분석Evaluation Example 9: Analysis of Adsorption Characteristics of Activated Carbon and Organic-Inorganic Hybrid Compound

활성탄, 및 실시예 1~5 및 비교예 2에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물의 흡착 특성을 분석하여, 그 결과들을 도 11, 도 12a 내지 도 12d, 도 13a, 도 13b 및 도 14 내지 도 15에 각각 나타내었다.By analyzing the adsorption characteristics of activated carbon and the organic-inorganic hybrid compound prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Example 2, the results are shown in FIGS. 11, 12A to 12D, 13A, 13B, and 14 to 15 each is shown.

도 11은 25℃에서 측정한 벤젠의 흡착 특성을 나타낸 그래프이고, 도 12a는 25℃에서 측정한 톨루엔의 흡착 특성을 나타낸 그래프이고, 도 12b는 35℃에서 측정한 자일렌의 흡착 특성을 나타낸 그래프이고, 도 12c는 50℃에서 측정한 포름알데하이드의 흡착 특성을 나타낸 그래프이고, 도 12d는 25℃에서 측정한 클로로포름의 흡착 특성을 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing the adsorption characteristics of benzene measured at 25° C., FIG. 12a is a graph showing the adsorption characteristics of toluene measured at 25° C., and FIG. 12b is a graph showing the adsorption characteristics of xylene measured at 35° C. 12c is a graph showing the adsorption characteristics of formaldehyde measured at 50°C, and FIG. 12d is a graph showing the adsorption characteristics of chloroform measured at 25°C.

도 11에서는 활성탄 또는 실시예 1~5 및 비교예 2에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물이 벤젠을 흡착하는 능력을 비교하여 개시하였다. 실험장치내에서 계속적으로 휘발되는 벤젠을 각종 흡착물질이 흡착하여 유출을 차단하는 능력을 시간의 함수로 나타낸 것이다. 참고예 1(No sample)은 흡착 물질이 존재하지 않는 경우, 참고예 2(Activated carbon)는 널리 사용되고 있는 기존의 흡착물질인 활성탄의 경우를 나타낸다. Y 좌표의 0의 값은 물질이 외부로 새어나가는 것이 완전히 억제됨을 표시한다. 유출된 유해가스를 측정하는 측정장치의 한계는 10.0 mg/m3이다.In FIG. 11, the ability of the organic-inorganic hybrid compound prepared in activated carbon or Examples 1 to 5 and Comparative Example 2 to adsorb benzene was compared and disclosed. The ability of various adsorbents to adsorb and block the outflow of continuously volatilized benzene in the experimental apparatus is shown as a function of time. Reference Example 1 (No sample) shows the case in which no adsorbent is present, and Reference Example 2 (Activated carbon) shows the case of activated carbon, which is a widely used conventional adsorbent material. A value of 0 in the Y coordinate indicates that the material is completely inhibited from leaking out. The limit of the measuring device that measures the leaked harmful gas is 10.0 mg/m 3 .

실시예 1~5에서 제조된 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물은, 활성탄 및 비교예 2에 비해 훨씬 장시간 물질을 흡착하여 외부로 새어나가는 것을 억제하는 것으로 나타났다.It was found that the organic-inorganic hybrid compounds having a low-density columnar structure prepared in Examples 1 to 5 adsorbed substances for a much longer period of time compared to activated carbon and Comparative Example 2 to suppress leakage to the outside.

도 12a 내지 도 12d에서는 그 우수한 흡착능력이 이미 도 11에서 확인된 실시예 1~2를 선택하여, 대표적 휘발성 유해물질인 톨루엔, 자일렌, 포름알데하이드 및 클로로포름에 대해서 도 11에서와 같은 흡착실험결과를 개시하였다. 도 12a 내지 도 12d는 활성탄과 비교하여 실시예 1~2의 월등한 흡착능력을 보여주고 있다. In FIGS. 12A to 12D, Examples 1 and 2, whose excellent adsorption capacity has already been confirmed in FIG. 11, were selected, and the results of adsorption experiments as in FIG. 11 for toluene, xylene, formaldehyde and chloroform, which are representative volatile hazardous substances was started. 12a to 12d show the superior adsorption capacity of Examples 1 and 2 compared to the activated carbon.

도 13은 대표적 다환 방향족 탄화수소 (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon)이며 발암물질인 벤조(a)피렌의 구조 및 실시예 1에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물에 흡착된 벤조(a)피렌의 양태를 나타낸 모식도이다. 벤젠, 톨루엔, 자이렌과 마찬가지로 평면 형태의 벤젠고리를 가졌고 크기가 크므로 도 13에 개시된 것처럼 기둥 간격이 큰 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물에 한해서만 분자 평면 전체가 온전히 화합물 평면과 평행하게 흡착됨을 볼 수 있다. 넓은 면적 전체가 유무기 하이브리드 화합물 내부 표면에 흡착되므로 대단히 강한 흡착 에너지를 가진다. 벤조(a)피렌은 상온에서 휘발성이 아니므로 도 12에서와 같은 실험데이터는 존재하지 않는다. 대신 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 이론적 계산(참고문헌 1 및 2)을 수행하여 그 흡착 에너지 값을 하기 표 7에 개시하였다. 종합적인 이해와 검증을 위하여, 도 11, 도 12a 내지 도 12d의 모든 분자에 대해서도 실시예 1에 대한 흡착 에너지를 같은 방법으로 계산하여, 하기 표 7에 함께 개시하였다(실시예 2는 내부 표면이 실시예 1과 같은 원자 구성과 구조로 이루어졌으므로 흡착 에너지가 실시예 1과 동일함). 참고로, 이들 분자는 공기중의 질소(N2) 및 산소(O2)와 흡착 경쟁 관계에 있으므로 실시예 1에 대한 N2 및 O2의 흡착 에너지도 개시하였다. N2 및 O2의 흡착 에너지가 훨씬 약하므로 이들 유해분자들이 공기 중에 존재할 때 공기에 비해 압도적으로 우선하여 흡착됨을 알 수 있다.13 is a schematic diagram showing the structure of benzo (a) pyrene, which is a representative polycyclic aromatic hydrocarbon and a carcinogen, and the aspect of benzo (a) pyrene adsorbed to the organic-inorganic hybrid compound prepared in Example 1. FIG. Like benzene, toluene, and xylene, it has a planar benzene ring and has a large size, so only the organic-inorganic hybrid compound having a low-density columnar structure with a large column spacing as shown in FIG. 13 shows that the entire molecular plane is completely adsorbed parallel to the compound plane. can see. Since the entire large area is adsorbed on the inner surface of the organic-inorganic hybrid compound, it has very strong adsorption energy. Since benzo (a) pyrene is not volatile at room temperature, the experimental data as in FIG. 12 does not exist. Instead, theoretical calculations (References 1 and 2) through computer simulation were performed, and the adsorption energy values are shown in Table 7 below. For comprehensive understanding and verification, the adsorption energy for Example 1 was calculated in the same way for all molecules in FIGS. 11 and 12A to 12D, and disclosed in Table 7 below (Example 2 has an inner surface Since it had the same atomic composition and structure as in Example 1, the adsorption energy is the same as in Example 1). For reference, since these molecules are in adsorption competition with nitrogen (N 2 ) and oxygen (O 2 ) in the air, the adsorption energy of N 2 and O 2 for Example 1 is also disclosed. Since the adsorption energy of N 2 and O 2 is much weaker, it can be seen that when these harmful molecules are present in the air, they are adsorbed with overwhelming preference compared to the air.

유해물질Hazardous Substances 벤젠benzene 톨루엔toluene 자일렌xylene 포름알데하이드formaldehyde 클로로포름chloroform 벤조(a)피렌Benzo (a) pyrene N2 N 2 O2 O 2 흡착 에너지 (kJ/mol)Adsorption energy (kJ/mol) -48-48 -54-54 -64-64 -49-49 -54-54 -114-114 -17-17 -15-15

평가예 10: 유무기 하이브리드 화합물의 유해물질 흡착 능력계산Evaluation Example 10: Calculation of Hazardous Substance Adsorption Capacity of Organic-Inorganic Hybrid Compounds

유해물질들 중 특히 대기환경과 관련된 자동차 배기가스, 온실가스(NO, NO2, N2O, SO2, CO, CO2, CH4)들이 실시예 1에 흡착하는 에너지를 참고문헌 1 및 2의 방법으로 계산하여 표 8에 개시하였다. 그밖에 독성 화학물질인 염소가스 (Cl2), 페놀(C6H6O), 담배흡연에 관련되어 인체에 유독한 시안화수소(HCN), 아크롤레인(C3H4O), 니코틴(C10N2H14) 등이 실시예 1에 흡착하는 에너지도 계산하여 표 9에 개시하였다. 이러한 분자들은 모든 원자에 보편적으로 존재하는 미약한 반데르발스 상호작용에 의해 흡착제 표면에 흡착되지만 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물의 경우 그 내부에 강한 전기장과 전기장 물매가 존재하므로 전기쌍극자 및 전기사중극자가 추가로 크게 기여한다. 쌍극자가 0이 아닌 분자는 쌍극자가 가장 큰 기여를 하고 분극율(α)에 의해 유도된 쌍극자(induced dipole) 및 전기 사중극자가 추가적인 기여를 한다. 쌍극자가 0인 분자는 분극율(α)에 의해 유도된 쌍극자 및 전기 사중극자가 흡착에 기여한다. 메탄(CH4)은 쌍극자와 사중극자가 모두 0이지만 H 원자들이 직접 유무기 하이브리드 화합물과 상호작용함으로써 비슷한 크기의 흡착에너지를 갖는다. Among the harmful substances, the energy adsorbed in Example 1 by automobile exhaust gas and greenhouse gases (NO, NO 2 , N 2 O, SO 2 , CO, CO 2 , CH 4 ) related to the atmospheric environment in particular in References 1 and 2 Calculated by the method of Table 8 is disclosed. Other toxic chemicals such as chlorine gas (Cl 2 ), phenol (C 6 H 6 O), hydrogen cyanide (HCN), acrolein (C 3 H 4 O), and nicotine (C 10 N) 2 H 14 ) and the like were also calculated and shown in Table 9 to calculate the energy adsorbed in Example 1. These molecules are adsorbed on the surface of the adsorbent by weak van der Waals interactions that are universally present in all atoms. The poles make an additional significant contribution. For molecules with non-zero dipoles, dipoles make the largest contribution, and induced dipoles and electric quadrupoles by polarizability (α) make additional contributions. For molecules with zero dipole, the dipole and electric quadrupole induced by the polarizability (α) contribute to the adsorption. Methane (CH 4 ) has both a dipole and a quadrupole, but has a similar adsorption energy as H atoms directly interact with the organic-inorganic hybrid compound.

한편, 유무기 하이브리드 화합물은 방사능 물질 및 유해 중금속도 흡착하는 능력을 갖는다. 도 14는 실시예 1에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물에 흡착된 세슘(Cs)의 모식도이고, 도 15는 실시예 1에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물에 흡착된 납(Pb)의 모식도이다. On the other hand, the organic-inorganic hybrid compound has the ability to also adsorb radioactive substances and harmful heavy metals. 14 is a schematic diagram of cesium (Cs) adsorbed to the organic-inorganic hybrid compound prepared in Example 1, and FIG. 15 is a schematic diagram of lead (Pb) adsorbed to the organic-inorganic hybrid compound prepared in Example 1.

특히, 대표적 방사능 물질인 세슘(Cs)과 대표적 유해중금속인 납(Pb)은 일반적으로 물에 용해된 형태로 존재하여 물을 오염시키는데, 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물에 대한 흡착에너지는, 표 8에 개시된 바와 같이, 각각 -230kJ/mol 및 -91kJ/mol로서 강하게 흡착되어 탈착이 불가능하게 포집됨을 확인할 수 있었다. 이것은 세슘의 극히 강한 분극률(59.6×10-24cm3)과 납의 비교적 강한 분극률(6.8×10-24cm3)에 기인하는 것으로서, 특히 세슘은 실시예 1에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물과 강한 이온결합을 이룬다. 비교예로서 물(H2O)의 흡착에너지는 -59kJ/mol로서 이들 방사능 물질과 유해중금속이 물에 용해되어 있을 때 물 분자보다 훨씬 강하게 흡착됨을 알 수 있다.In particular, cesium (Cs), a representative radioactive material, and lead (Pb), a representative hazardous heavy metal, are present in a dissolved form in water to contaminate water. As shown in Fig. 8, it was confirmed that they were strongly adsorbed at -230 kJ/mol and -91 kJ/mol, respectively, so that desorption was impossible. This is due to the extremely strong polarization of cesium (59.6×10 -24 cm 3 ) and the relatively strong polarization of lead (6.8×10 -24 cm 3 ). form strong ionic bonds. As a comparative example, the adsorption energy of water (H 2 O) is -59 kJ/mol, indicating that these radioactive substances and harmful heavy metals are adsorbed much stronger than water molecules when dissolved in water.

물의 정화과정 혹은 화학공정에서 배출 될 수 있는 염소가스 혹은 페놀도 일상생활에서 노출될 수 있는 중요한 유해물질로서 표 9에 개시된 바와 같은 흡착에너지로 흡착시킬 수 있다. 흡연(1차, 2차, 혹은 3차흡연)에 관련된 독성물질들(참고문헌 12)도 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물을 필터(filter)에 첨가하여 흡착시킴으로써 통과량을 선별적으로 제어할 수 있다. Chlorine gas or phenol, which can be discharged from the water purification process or chemical process, is also an important harmful substance that can be exposed in daily life and can be adsorbed with the adsorption energy as shown in Table 9. Toxic substances related to smoking (primary, secondary, or tertiary smoking) (Reference 12) can also selectively control the amount of passage by adding a low-density columnar organic-inorganic hybrid compound to the filter and adsorbing it. can

흡착에너지 계산결과 및 참고문헌 4 및 5에 개시된 쌍극자(p), 분극률(α), 사중극자(Q)의 절대값을 이러한 물질들에 대하여 표 8 및 표 9에 개시하였다. 여기서 쌍극자 단위는 Debye(D)(1D=3.336×10-30 C·m), 분극률 단위는 10-24 cm3, 사중극자 단위는 10-26 esu·cm2 이다. 이들의 흡착에너지에 대한 총 기여량은 분자마다 다르고 수소결합 에너지, 반데르발스 에너지 등과 혼합되어 있어 성분별로 분리하기는 불가능하나 근사적으로 추정하면 -10 ~ -20 kJ/mol 정도로서 흡착 에너지의 중요한 부분을 이룬다.The results of the adsorption energy calculation and the absolute values of the dipole ( p ), polarization (α), and quadrupole (Q) disclosed in References 4 and 5 are disclosed in Tables 8 and 9 for these materials. Here, the dipole unit is Debye(D) (1D=3.336×10 -30 C·m), the polarizability unit is 10 -24 cm 3 , and the quadrupole unit is 10 -26 esu·cm 2 . Their total contribution to adsorption energy varies from molecule to molecule and is mixed with hydrogen bonding energy and van der Waals energy, so it is impossible to separate them by component. make up a part

NONO NO2 NO 2 N2ON 2 O SO2 SO 2 COCO CO2 CO 2 CH4 CH 4 CsCs PbPb 흡착 에너지 (kJ/mol)Adsorption energy (kJ/mol) -35-35 -27-27 -28-28 -50-50 -29-29 -31-31 -32-32 -230-230 -91-91 pp 0.160.16 0.320.32 0.160.16 1.631.63 0.110.11 00 00 00 00 αα 1.71.7 3.03.0 3.03.0 4.04.0 1.951.95 2.912.91 2.592.59 59.659.6 6.86.8 │Q││Q│ 1.81.8 44 3.03.0 4.44.4 2.52.5 4.34.3 00 00 00

Cl2 Cl 2 PhenolPhenol HCNHCN AcroleinAcrolein NicotineNicotine 흡착 에너지 (kJ/mol)Adsorption energy (kJ/mol) -78-78 -38-38 -57-57 -57-57 -103-103 pp 00 1.221.22 2.992.99 3.123.12 1One αα 4.614.61 11.111.1 2.52.5 6.386.38 1616 │Q││Q│ 6.146.14 44 4.44.4 22 77

평가예 11: 유무기 하이브리드 화합물의 수소저장 능력 분석Evaluation Example 11: Analysis of hydrogen storage capacity of organic-inorganic hybrid compounds

전술한 바와 같이 저밀도 기둥구조의 유무기 하이브리드 화합물은 내부의 전기장 및 전기장 물매의 기여에 의해서 기존 수소 분자 흡착 물질들보다 상대적으로 큰 H2 저장능력을 갖는다. As described above, the organic-inorganic hybrid compound having a low-density columnar structure has a relatively greater H 2 storage capacity than conventional hydrogen molecule adsorption materials due to the contribution of an internal electric field and an electric field medium.

도 16에서 수소 저장량은 25℃에서 계산된 것으로서, 구체적으로 기체 저장 계산에서 일반적으로 쓰이는 가장 대표적 방법(GCMC: Grand Canonical Monte Carlo Method)(참고문헌 13)을 이용하여 계산하였다. 이 계산에 필요한 흡착 에너지는 앞서 유해물질에서와 같은 방법(참고문헌 1 및 2)을 이용하였고, 추가적으로 필요한 수소와 수소 사이의 상호작용은 참고문헌 14의 방법을 채택하여 계산하였다(도 16의 원으로 표시된 선). GCMC 계산에는 중간 이상 크기 공극(meso- and macro-pore)의 기여는 포함하지 않으므로, 중간 이상 크기 공극 부피(최대 2.1cm3/g)의 기여를 합하면 25℃ 및 100기압의 조건에서 약 3중량%(저장물질 1kg당 약 30g의 수소)의 수소를 저장한다(도 16의 삼각형으로 표시된 선). 수소 30g이 지닌 에너지는 약 1,000Wh이므로, 실시예 1에서 제조된 유무기 하이브리드 화합물 1kg당 1,000Wh가 저장되는 셈이다. 수소차에 사용되는 수소 연료전지의 효율을 50%로 잡을 때 500Wh/kg이며, 전기차에 사용되는 Lithium Ion Battery의 일반적인 값(약 200Wh/kg)의 약 2.5배이다. 부피로 환산할 경우 14g/L의 수소(저장물질 1L당 약 14g의 수소)를 저장하는 것인데, 이것은 25℃ 및 100기압의 동일 조건에서 수소 탱크에 저장되는 양(7.7g/L)의 1.8배 이상이다. 참고로 총 수소저장량(total hydrogen storage)을 계산하기 위해 공극 부피(pore volume)의 기여를 더하는 것(즉, 실험에서 측정한 excess storage에 공극 부피의 기여를 더하는 것)에 관한 설명은 참고문헌 15에 개시되어 있다. 이상의 분석을 통해 유무기 하이브리드 화합물은 유력한 수소분자 저장물질임을 알 수 있다.In FIG. 16 , the hydrogen storage amount was calculated at 25° C., and specifically, it was calculated using the most representative method (GCMC: Grand Canonical Monte Carlo Method) generally used in gas storage calculations (Reference 13). The adsorption energy required for this calculation was calculated using the same method as for harmful substances (References 1 and 2), and the interaction between hydrogen and hydrogen required additionally was calculated by adopting the method of Reference 14 (the circle in Fig. 16). line marked with ). The GCMC calculation does not include the contribution of meso- and macro-pores, so the sum of the contributions of the meso- and macro-pore volumes (up to 2.1 cm 3 /g) is approximately 3 weight at 25 °C and 100 atm. % (about 30 g of hydrogen per 1 kg of storage material) is stored (line indicated by a triangle in FIG. 16). Since the energy of 30 g of hydrogen is about 1,000 Wh, 1,000 Wh is stored per 1 kg of the organic-inorganic hybrid compound prepared in Example 1. When the efficiency of the hydrogen fuel cell used in hydrogen vehicles is 50%, it is 500Wh/kg, which is about 2.5 times the general value (about 200Wh/kg) of the lithium ion battery used in electric vehicles. In terms of volume, 14 g/L of hydrogen (about 14 g of hydrogen per 1 L of storage material) is stored, which is 1.8 times the amount stored in a hydrogen tank (7.7 g/L) under the same conditions of 25 ° C and 100 atm. More than that. For reference, for an explanation of adding the contribution of the pore volume to the calculation of the total hydrogen storage (i.e., adding the contribution of the pore volume to the excess storage measured in the experiment), see Reference 15 is disclosed in Through the above analysis, it can be seen that the organic-inorganic hybrid compound is a potent hydrogen molecule storage material.

본원에서는 실시예 1~5 및 비교예 2를 통해 3가 금속으로서 Al, 2가 금속으로서 Zn 및 디카르복실산으로서 테레프탈산의 조합만을 예시하였으나, 통상의 기술자라면 3가 금속, 2가 금속 및 디카르복실산의 다른 조합에 대해서도 실시예 1~5 및 비교예 2와 같은 방법으로 용이하게 실시할 수 있으며, 그 결과도 Al, Zn 및 테레프탈산의 조합과 유사할 것임을 쉽게 예상할 수 있다.In the present application, only combinations of Al as a trivalent metal, Zn as a divalent metal, and terephthalic acid as a dicarboxylic acid have been exemplified through Examples 1 to 5 and Comparative Example 2, but those skilled in the art may use a trivalent metal, a divalent metal and a dicarboxylic acid Other combinations of carboxylic acids can be easily carried out in the same manner as in Examples 1 to 5 and Comparative Example 2, and it can be easily expected that the results will be similar to the combinations of Al, Zn, and terephthalic acid.

<참고문헌 목록><List of References>

참고문헌 1. Perdew, J. P.; Burke, K,; Ernzerhof, M., Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868References 1. Perdew, J. P.; Burke, K,; Ernzerhof, M., Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868

참고문헌 2. Grimme, S., J. Comput. Chem. 2006, 27(15), 1787-1799Reference 2. Grimme, S., J. Comput. Chem. 2006, 27(15), 1787-1799

참고문헌 3. N. L. Rosi et al., Science 2003, 300, 1127-1129Reference 3. N. L. Rosi et al., Science 2003, 300, 1127-1129

참고문헌 4. Lide(ed.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, 75th ed., 1994, pp 9-44 and 10-196Reference 4. Lide (ed.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, 75th ed., 1994, pp 9-44 and 10-196

참고문헌 5. D.E.Stogryn et al., Mol. Phys. 11, 371(1996)Reference 5. D.E. Stogryn et al., Mol. Phys. 11, 371 (1996)

참고문헌 6. J.D.Jackson, Classical Electrodynamics, 2nd ed. John Wiley and Sons, New York 1975, pp 142, 161, and 165.Reference 6. J.D. Jackson, Classical Electrodynamics, 2nd ed. John Wiley and Sons, New York 1975, pp 142, 161, and 165.

참고문헌 7. C. Kittel and H. Kroemer, Thermal Physics, 2nd ed. Freeman and Company, San Francisco 1980, p265.References 7. C. Kittel and H. Kroemer, Thermal Physics, 2nd ed. Freeman and Company, San Francisco 1980, p265.

참고문헌 8. T.R. Reddy, K. Thyagarajan, O.A. Montero, S.R.L. Reddy, T. Endo, Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, 2014, 2, pp 114-120.Reference 8. T.R. Reddy, K. Thyagarajan, O.A. Montero, S. R. L. Reddy, T. Endo, Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, 2014, 2, pp 114-120.

참고문헌 9. A. OBADIAH, R. KANNAN, P. RAVICHANDRAN, A. RAMASUBBU,S. VASANTH KUMAR, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, Vol. 7, No. 1, January - March 2012, p321 - 327Reference 9. A. OBADIAH, R. KANNAN, P. RAVICHANDRAN, A. RAMASUBBU, S. VASANTH KUMAR, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, Vol. 7, No. 1, January - March 2012, p321 - 327

참고문헌 10. J.E. McMurry and R.C.Fay, General Chemistry, Pearson 2014, Chap.20.5(번역판 "일반화학" Freedom Academy(자유 아카데미) 2014, p838.Reference 10. J.E. McMurry and R.C.Fay, General Chemistry, Pearson 2014, Chap.20.5 (translated "General Chemistry"  Freedom Academy 2014, p838.

참고문헌 11. N.W.Ashcroft and N.D. Mermin, Solid State Physics, Thomson Learning, Singapore 1976, p96Reference 11. N.W. Ashcroft and N.D. Mermin, Solid State Physics, Thomson Learning, Singapore 1976, p96

참고문헌 12. https://en.wikipedia.org/wiki/Tar_(tobacco_residue)Reference 12. https://en.wikipedia.org/wiki/Tar_(tobacco_residue)

참고문헌 13. B. K. Peterson & K. E. Gubbins, Molec. Phys. 1987, 62, 215-226Reference 13. B. K. Peterson & K. E. Gubbins, Molec. Phys. 1987, 62, 215-226

참고문헌 14. Silvera, I. F. & Goldman, V. V. J. Chem. Phys. 1978, 68, 4209-4213Reference 14. Silvera, I. F. & Goldman, V. V. J. Chem. Phys. 1978, 68, 4209-4213

참고문헌 15. M. P. Suh et al., Chemical Reviews 2012, 112, 782-835Reference 15. M. P. Suh et al., Chemical Reviews 2012, 112, 782-835

본 발명은 도면 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구현예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the drawings and embodiments, these are merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.

100: 유무기 하이브리드 화합물 110: 무기물층
120: 유기물층 d: 층 두께
PS: 무기물층의 평활면
100: organic-inorganic hybrid compound 110: inorganic layer
120: organic layer d: layer thickness
PS: smooth surface of inorganic layer

Claims (9)

유무기 하이브리드 화합물의 제조방법으로서, 상기 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법은,
3가 금속 양이온 소스, 알칼리 부여제 및 제1 용매를 사용하여 수열합성법이 아닌 방법에 의해 깁사이트 구조의 화합물을 제조하는 단계(S10); 및
상기 깁사이트 구조의 화합물, 2가 금속 양이온 소스, 디카르복실산 및 제2 용매를 사용하여 수열합성법이 아닌 방법에 의해 유무기 하이브리드 화합물을 제조하는 단계(S20)를 포함하고,
상기 유무기 하이브리드 화합물은 깁사이트 구조를 갖는 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법.
As a method for producing an organic-inorganic hybrid compound, the method for producing the organic-inorganic hybrid compound,
preparing a compound having a gibbsite structure by a method other than hydrothermal synthesis using a trivalent metal cation source, an alkali imparting agent, and a first solvent (S10); and
Using the compound of the gibbsite structure, a divalent metal cation source, dicarboxylic acid, and a second solvent to prepare an organic-inorganic hybrid compound by a method other than hydrothermal synthesis (S20),
The organic-inorganic hybrid compound is a method for producing an organic-inorganic hybrid compound having a gibbsite structure.
제1항에 있어서,
상기 3가 금속 양이온 소스는 Al3+, Fe3+, Cr3+, B3+, Ga3+, In3+, Y3+ 또는 이들의 조합을 포함하는 3가 금속 양이온의 소스인 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법.
According to claim 1,
The trivalent metal cation source is an organic-inorganic source of trivalent metal cations including Al 3+ , Fe 3+ , Cr 3+ , B 3+ , Ga 3+ , In 3+ , Y 3+ or a combination thereof. A method for preparing a hybrid compound.
제1항에 있어서,
상기 알칼리 부여제는 NaOH, LiOH, KOH, LiBH4, NaBH4, KBH4, LiH, NaH, LiAlH4, NaAlH4, KAlH4, (i-Bu2AlH)2, LiHCO3, NaHCO3, KHCO3, Li2CO3, Na2CO3, K2CO3, NH4OH 또는 이들의 조합을 포함하는 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법.
According to claim 1,
The alkali-imparting agent is NaOH, LiOH, KOH, LiBH 4 , NaBH 4 , KBH 4 , LiH, NaH, LiAlH 4 , NaAlH 4 , KAlH 4 , ( i -Bu 2 AlH) 2 , LiHCO 3 , NaHCO 3 , KHCO 3 , Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , NH 4 OH or a method for producing an organic-inorganic hybrid compound comprising a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 제1 용매 또는 상기 제2 용매는 물을 포함하는 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법.
According to claim 1,
The first solvent or the second solvent is a method for producing an organic-inorganic hybrid compound comprising water.
제1항에 있어서,
상기 깁사이트 구조의 화합물은 XRD 분석결과에서는 무정형으로 나타나는 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing an organic-inorganic hybrid compound, wherein the compound of the gibbsite structure is amorphous in the XRD analysis result.
제1항에 있어서,
상기 2가 금속 양이온 소스는 Zn2+, Mn2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ 또는 이들의 조합을 포함하는 2가 금속 양이온의 소스인 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법.
According to claim 1,
The divalent metal cation source is 2 including Zn 2+ , Mn 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ or a combination thereof A method for producing an organic-inorganic hybrid compound that is a source of a metal cation.
제1항에 있어서,
상기 디카르복실산은 테레프탈산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 2-메틸글루타르산, 3-메틸글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데칸디산, 도데칸디산, 브라실산, 테트라데칸디산, 푸마르산, 2,2-디메틸글루타르산, 말레산, 아세틸렌디카복실산, 글루타코닉산, 2-디센다이오익산, 트라우마틱산, 뮤콘산, 글루티닉산, 시트라코닉산, 메사코닉산, 이타콘산, 타르트론산, 메소살릭산, 말릭산, 타타르산, 옥살아세트산, 아스파르트산, 글루탐산, 디아미노피멜산, 사카릭산 및 2,6-나프탈렌다이카르복시산 또는 이들의 조합을 포함하는 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법.
According to claim 1,
The dicarboxylic acid is terephthalic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, 2-methylglutaric acid, 3-methylglutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, unde Candiic acid, dodecanedioic acid, brassylic acid, tetradecanedioic acid, fumaric acid, 2,2-dimethyl glutaric acid, maleic acid, acetylenedicarboxylic acid, glutaconic acid, 2-disenedioic acid, traumatic acid, muconic acid, Glutinic acid, citraconic acid, mesaconic acid, itaconic acid, tartronic acid, mesosalic acid, malic acid, tartaric acid, oxaloacetic acid, aspartic acid, glutamic acid, diaminopimelic acid, saccharic acid and 2,6-naphthalene A method for producing an organic-inorganic hybrid compound comprising a dicarboxylic acid or a combination thereof.
제1항에 있어서,
상기 단계(S10)는, 상기 3가 금속 양이온 소스를 상기 제1 용매에 용해시켜 제1 금속염 용액을 제조하는 단계(S10-1), 상기 알칼리 부여제를 상기 제1 용매에 용해시켜 알칼리 용액을 제조하는 단계(S10-2), 및 상기 제1 금속염 용액과 상기 알칼리 용액을 상온에서 접촉시켜 깁사이트 구조의 화합물을 합성하는 단계(S10-3)를 포함하는 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법.
According to claim 1,
The step (S10) comprises dissolving the trivalent metal cation source in the first solvent to prepare a first metal salt solution (S10-1), dissolving the alkali imparting agent in the first solvent to prepare an alkali solution A method for producing an organic-inorganic hybrid compound comprising the step of preparing (S10-2), and synthesizing a compound having a gibbsite structure by contacting the first metal salt solution and the alkali solution at room temperature (S10-3).
제1항에 있어서,
상기 단계(S20)는, 상기 깁사이트 구조의 화합물, 상기 2가 금속 양이온 소스, 상기 디카르복실산 및 상기 제2 용매를 혼합하여 혼합물을 얻는 단계(S20-1), 및 상기 혼합물을 50~90℃로 가열한 후 3~72시간 동안 유지시켜 유무기 하이브리드 화합물을 합성하는 단계(S20-2)를 포함하는 유무기 하이브리드 화합물의 제조방법.
According to claim 1,
The step (S20) is a step (S20-1) of obtaining a mixture by mixing the compound of the gibbsite structure, the divalent metal cation source, the dicarboxylic acid and the second solvent (S20-1), and 50~ A method of producing an organic-inorganic hybrid compound comprising the step (S20-2) of synthesizing an organic-inorganic hybrid compound by heating to 90° C. and maintaining it for 3 to 72 hours.
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