KR20110004013A - 가스 저장 매체의 가스 저장 공간의 제어를 통한 선택적 가스 저장 방법 - Google Patents

가스 저장 매체의 가스 저장 공간의 제어를 통한 선택적 가스 저장 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 저장 매체의 가스 저장 공간의 제어를 통한 선택적 가스 저장 방법에 관한 것이고, 상기 방법은 결정질과 결정질이 서로 이격되어 다층의 층상 구조를 이루고 있는 가스 저장 매체의 가스 저장 방법에 있어서, 결정질과 결정질 사이의 공간 또는 결정질의 결정과 결정 사이의 격자 거리를 저장하고자 하는 가스의 반데르 발스 직경에 대해 상대적으로 제어하여 선택적으로 가스를 저장하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 본 발명은 선택적으로 가스를 저장하여 원하는 가스만 저장할 수 있다.
가스 저장 매체, 선택, 아민, 열처리

Description

가스 저장 매체의 가스 저장 공간의 제어를 통한 선택적 가스 저장 방법{Method for Storing Selectively Gas by Controlling Gas Storing Space of Gas Storage Medium}
본 발명은 가스 저장 매체의 구조를 변경하여 선택적으로 가스를 저장하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 결정질과 결정질이 서로 이격된 층상 구조를 갖는 가스 저장 매체에서, 가스 저장 매체의 구조적 변화, 즉 결정질과 결정질사이의 공간 또는 결정질의 결정과 결정 사이의 격자 거리를 제어함에 따라서 가스를 선택적으로 저장할 수 있는 저장 방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈과 지구 온난화와 같은 환경오염문제가 전 세계적으로 대두되면서, 무한청정 에너지인 수소에 대한 관심이 집중되었고, 수소에너지 전반에 대한 다양한 연구가 진행되어왔다. 수소를 에너지원으로 사용하기 위해서는 수소생산, 저장, 이동, 변환 분야에서 기술개발이 필요하며, 특히, 수소에너지가 산업용 기초 소재부터 가정용 일반연료, 수소자동차, 연료전지 등 다양한 분야에 사 용되기 위해서는 효율적이고 사용하기 편리한 수소저장기술이 개발되어야 한다.
현재 상용화되어있는 수소저장법으로 기체수소저장법, 액체수소저장법, 수소저장합금 등이 이용되고 있지만, 안전성과 효율성 등이 보장되지 않아 산업용 이외의 분야에 사용되기 어려운 실정이다. 하지만, 최근에는 위의 단점들을 보완하기 위해 물리적 흡착을 이용한 수소저장법들이 많이 연구되고 있고, 특히, 비표면적이 크고 다공성이거나 또는 다층구조를 가진 나노물질에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
탄소나노튜브는 긴 나노채널과 높은 비표면적을 가진 나노물질로서, 수소저장물질로 가장 적합한 물질로 주목받아왔다. 초장기에는 탄소나노튜브의 수소저장량이 상온 4 wt%, 저온 최대 10 wt%로 상용화 가능한 수준의 결과가 발표되어, 많은 과학자들에 의해 연구가 진행되고 있다. 그러나, 초기에 비해 최근에 발표된 논문들에 의하면 탄소나노튜브의 수소저장량이 감소하는 경향을 보이며, 최근에는 수소흡착이 용이한 알칼리 금속 등을 도핑하여 수소저장량을 증대하는 연구가 진행되고 있다. 하지만, 수소저장에 대한 메커니즘이 명확하지 않고, 대부분의 결과들이 재현성이 의심되고 있어 논란의 대상이 되고 있다.
다공성 수소저장물질로 가장 각광받고 있는 물질로는, 높은 비표면적과 기공부피, 작은 기공크기를 갖는 금속-유기 골격체(Metal-Organic Framework)를 꼽을 수 있다. 금속-유기 골격체(Metal-Organic Framework)는 금속이온과 유기분자가 결합된 결정혼합물로 가운데가 비어있는 3차원 구조형태를 띄고 있다. 금속-유기 골격체로서는 금속이온으로 아연질산염을 유기분자로 디카르복실산 계통을 사용하여, MOF-5를 제조하였고, MOF-5의 수소저장량은 77 K에서 4.5 wt% 임을 발표하여 수소저장매체로의 가능성을 보여주었다. 최근에는 세공부피와 표면적이 큰 MOF-177의 저온·고압의 흡착에서 6 ~ 7 wt% 이상의 수소 흡착량을 얻은 결과가 보고되었다. 그러나, 최대 수소저장량이 상용화하기에 부족하고, 대기에 노출되었을 때 불안정하다는 단점을 가지고 있다.
또한 이러한 수소 저장 매체를 이용하여 수소를 저장하고자 할 때 격자간의 거리가 넓기 때문에 수소 뿐만 아니라 기타 가스가 흡착되어 수소 저장의 효율을 낮게 만드는 단점을 지니고 있다.
따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 가스 저장을 위한 표면적을 충분히 확보하여 가스 저장 능력 효율을 높일 뿐만 아니라, 가스 저장 매체의 가스 저장 공간의 크기를 제어하여 가스를 선택적으로 저장할 수 있는 가스 저장 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 결정질과 결정질이 서로 이격되어 다층의 층상 구조를 이루고 있는 가스 저장 매체의 가스 저장 방법을 제공하며, 상기 방법은 결정질과 결정질 사이의 공간 또는 결정질의 결정과 결정 사이의 격자 거리를 저장하고자 하는 가스의 반데르 발스 직경에 대해 상대적으로 제어하여 선택적으로 가스를 저장하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 가스 저장 방법에서, 상기 결정질과 결정질 사이의 공간 또는 상기 결정질의 결정과 결정 사이의 격자 거리는 가스 저장 매체를 열처리하는 경우, 열처리 온도를 변화시킴으로써 또는 가스 저장 매체의 시료 합성시에 화학적 반응기를 도입하는 것으로 제어되는 것이 바람직하다.
상기 화학적 반응기는 아민기(NH2)를 포함하는 유기화합물, 구체적으로 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 운데실아민, 도데실아민, 트리데실아민, 테트라데실아민, 펜타데실아민, 헥사데실아민, 헵타데실아민, 암모니아, 디메틸아민, 트리메틸아민 및 아닐린으로 이루어진 군에서 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 가스 저장 방법에 있어서, 상기 결정질은 하나의 결정을 가지는 결정이 여러 개 연속으로 합쳐져 전체적으로 하나의 결정질을 이루고 있는 형태인 것이 바람직하며, 상기 결정질은 층상 구조 뿐만 아니라 입방 형태일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가스 저장 방법에 있어서, 상기 결정질은 전이 금속, 전이 금속이 결합된 화합물 또는 전이 금속 산화물을 포함할 수 있으며, 전이금속으로는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au 및 Hg로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있다. 보다 바람직한 결정질로는 바나듐 오산화물 결정질이다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다.
첫째, 본 발명에 의하면, 층상 구조를 가지는 결정질의 격자 크기를 조절하여 줌으로써 이렇게 줄어든 격자 크기만큼 표면적을 넓일 수 있는 장점이 있다.
둘째, 본 발명에 의하면, 결정질과 결정질이 서로 이격된 층상 구조에서 층간 공간 또는 결정질의 결정과 결정의 격자 거리를 조절하여 줌으로써 선택적으로 가스를 저장하여 원하는 가스만 저장할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호(또는, 참조부호)로 표시된 부분은 동일한 요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 저장 매체의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 가스 저장 매체(100)는 상부 결정질(110)과 하부 결정질(120)이 서로 이격되어 적층된 구조를 갖는다. 각각의 결정질은 하나의 결정을 가지는 결정이 여러 개 연속으로 합쳐져 전체적으로 하나의 결정질을 이루고 있는 형태를 띈다. 이러한 가스 저장 매체(100)는 상부 결정질(110)과 하부 결정질(120) 사이에 소정 간격(d)의 공간을 두고 있으며, 이러한 공간은 가스 저장 매체(100)를 열처리 함으로써 변화될 수 있다. 또한 각 결정질(110, 120)은 상하의 공간 이외에 결정과 결정 사이(격자)에도 각각의 빈부분을 가지는 공간을 가질 수 있다. 상기 격자간 거리도 또한 열처리 함으로써 변화될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 저장 매체를 입체적으로, 측면으로 및 평면으로 보여주고 있다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 가스 저장 매체(200)는 각각 결정질(210)과 결정질(210) 사이에 공간(220)을 가지며, 공간(220) 안에는 저장되는 가스(230)를 포함한다.
상기 각각의 결정질(210)과 결정질(210) 사이의 공간 크기를 조절함으로써 저장되는 가스를 선택할 수 있다. 따라서, 가스가 저장되는 결정질(210) 사이의 공간은 저장되는 가스의 반데르 발스 직경보다 클 경우 저장이 가능한 반면, 반데르 발스 직경보다 작을 경우 저장이 불가능하다.
또한, 결정질(210)의 결정과 결정 사이의 거리, 즉 격자간의 거리 조절을 통해 저장되는 가스를 선택할 수 있다. 따라서, 격자간의 거리가 저장하고자 하는 가스의 반데르 발스 직경보다 작거나 동일한 경우 가스는 저장되지 않는다.
이와 같은 결정질(210)과 결정질(210) 사이의 공간 및 결정질(210)의 결정과 결정 사이의 거리의 조절은 열처리시 온도를 제어하는 것을 통해, 또는 가스 저장 매체의 시료 합성시에 화학 반응기를 도입하는 것을 통해 제어될 수 있다.
여기서, 열처리는 가스 저장 매체의 제조시 사용되는 결정질을 제조하는 과정에서 결정화시키기 위한 열처리를 의미하며, 열처리 온도를 제어함으로 통해 결정질과 결정질 사이의 공간의 간격이 제어된다.
상기 화학 반응기의 도입의 경우, 결정질을 제조하는 과정에서 화학 반응기를 도입하여 제조한 후, 이를 탈리시킨다.
상기 화학 반응기로는 아민기를 포함하는 모든 유기화합물이 가능하며, 예를 들면, 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 운데실아민, 도데실아민, 트리데실아민, 테트라데 실아민, 펜타데실아민, 헥사데실아민, 헵타데실아민, 암모니아, 디메틸아민, 트리메틸아민 및 아닐린으로 이루어진 군에서 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 화학 반응기의 종류에 따라 가스 저장 공간의 크기가 제어될 수 있다.
상기 결정질(210)은 판을 포함하는 층상 구조일 수 있지만, 입방 형태일 수도 있다. 또한, 상기 결정질은 전이 금속을 포함할 수 있으며, 상기 전이금속으로는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au 및 Hg로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있으며, 전이금속이 결합된 화합물 또는 전이금속 산화물이 사용될 수 있고, 바람직한 결정질은 바나듐 오산화물 결정질이다.
이하, 실시예를 들어 보다 상세히 설명한다.
실시예
바나듐 오산화물 폼의 제조
1.33 g의 유기분자인 1-헥사데실아민(C16H33NH2) 을 10 mL의 아세톤에 넣어서 30 분간 환류(reflux)하였다. 이어서, 1 g의 바나듐 오산화물(V2O5) 파우더를 1-헥사데실아민 수용액에 첨가하고, 20분 동안 더 환류한 후 50 mL 과산화수소(H2O2) 용액에 첨가하였다. 발열반응이 일어나면서 바나듐 오산화물 폼이 얻어졌다.
상기에서 얻은 바나듐 오산화물 폼을 X-선 회절(XRD)로 확인하고 그 결과를 도 3에 나타내었다. 2θ = 6 ˚ 근처에서 (002) 피크가 나오는데, 이로부터 계산된 층간 거리는 33.4 Å이였다. 이 층간 거리는 1-헥사데실아민 없이 바나듐 오산화물을 과산화수소와 반응시켜 얻은 V2O5·1.6H2O 겔의 층간거리(d = 11.5 Å) 에 비해 매우 큼을 알 수 있다.
이것은 유기분자인 1-헥사데실아민이 바나듐 오산화물 층간 사이에 잘 삽입되었다는 것을 의미하며, 또한 유기분자인 아민의 크기에 따라서 바나듐 오산화물의 층간 거리가 제어됨을 의미한다.
바나듐 오산화물 폼 구조 확인
상기에서 제조된 바나듐 오산화물 폼을 투과전자현미경으로 촬영하여 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4를 참조하면, 대부분의 물질이 비정질로 구성되어있고, 결정성을 가진 물질은 거의 찾아볼 수 없었다. 단, EDX 측정을 통해, 대부분의 물질이 바나듐 성분과 오산화물 성분으로 구성된 물질임을 확인할 수 있었다.
바나듐 오산화물 폼의 열처리
바나듐 오산화물 폼에 포함된 수분의 함량과 결정화되는 온도를 조사하기 위해, TGA(Thermogravimetric Analyzer) 와 DSC(Differential Scanning Calorimeter) 분석을 수행하였다. 이 분석을 위해 TA instrument company의 SDT2860 Simultaneous DSC-TGA 를 사용하였고, 측정 온도 범위는 실온 내지 600 ℃, 온도증가율은 5 ℃/min 으로 열분석을 수행하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5 를 참조하면, 240 ℃ 근처에서의 급격한 질량 감소를 확인할 수 있었는데, 이는 바나듐 오산화물 면들 사이에 삽입된 아민분자(amine molecule) 들이 탈리되며 발생하는 것이고, 이 온도는 DSC의 결과(242.14 ℃)와도 연관되며, 400 내지 500 ℃ 영역에서의 질량 감소는 바나듐 오산화물 폼 내에 존재하는 잔여 유기물들이 탈리되는 온도영역이며, DSC 데이터로부터 437.36 ℃ 에서 결정화된 바나듐 오산화물 폼이 되는 것을 알 수 있었다.
열처리 후의 결정질 구조 확인
바나듐 오산화물 폼이 결정화되는 조건인 600 ℃에서 5시간 동안 열처리한 샘플을 X-선 회절(XRD)로 평가하여 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 3의 결과와는 다르게, 층간 거리가 4.36 ~ 4.38 Å인 결정화된 바나듐 오산화물 폼의 X-선 회절(XRD) 그래프와 일치하였다. 도 7은 결정화된 바나듐 오산화물 폼의 투과전자현미경 사진이다. 도 4와는 상반되게, 대부분의 물질들이 결정화된 것을 알 수 있다. 또한, 오른쪽의 고화질의 이미지로부터, 결정화된 바나듐 오산화물 폼의 층간 간격이 대략 4.5 ~ 5 Å 임을 알 수 있었다.
가스 흡착 특성
결정화된 바나듐 오산화물 폼의 질소와 수소 가스에 대한 흡착 특성을 평가하여 그 결과를 도 8에 나타내었다. 이러한 실험은 질소 온도에서 흡착 특성을 보고자 하는 가스를 1기압까지 압력을 높여줌으로써 흡착되는 가스의 양을 파악하는 실험이다. 도 8의 그래프를 통해 알 수 있듯이, 질소 가스를 흡착하지 않아서, 비표면적과 기공 크기를 정확히 알 수 없었다. 반면 수소 가스는 1 기압에서 대략 330 cm3(STP)g-1 흡착되는데, 이는 바나듐 오산화물 폼이 수소가스만 선택적으로 흡착한다는 것을 나타내는 것이다.
수소 가스 흡착 특성
결정화된 바나듐 오산화물 폼의 기압에 따른 수소저장 능력을 평가하여 그 결과를 도 9에 나타내었다. 수소저장 성능평가 장비를 이용하여 상온에서 저온(77 K)과 대기압에서 100 기압의 영역에서 수소저장능력을 측정하였다. 상온에서는 수소저장량이 영점에 가까웠으며, 90 기압인 고압에서도 영점에 가까웠다. 반면, 도 9의 그래프를 통해 알 수 있는 바와 같이, 77 K 에서는 30 기압 0.76 wt%, 60 기압 2.69 wt%, 90 기압 4.23 wt%으로 점점 증가하는 수소저장 능력을 확인할 수 있다.
이러한 실험을 통하여 바나듐 오산화물 폼은 수소를 흡착하고 질소는 흡착되지 않는 것을 볼 수 있다. 이것은 수소 가스의 반데르 발스 직경이 질소 가스의 반데르 발스 직경보다 작고 바나듐 오산화물 결정질간의 거리 보다도 작아 수소는 흡착이 가능하나 질소는 흡착되는 않는 선택적 수소 흡착임을 알 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한 다. 특히, 본 발명은 바나듐 오산화물 결정질을 구체적인 예로 설명하였으나, 본 발명의 가스 저장 매체가 바나듐 오산화물 결정질에만 한정되지는 않는다. 전술한 바와 같이, 전이 금속과 기타 금속 및 원소와의 결합에 의해 형성된 저장 매체, 이들의 결정질로 이루어진 벌크 형태의 저장 매체, 전이 금속과 화학적으로 결합을 이루어지는 화합물은 모두 포함되며, 단지 이들의 결정이 다층 구조, 즉 층과 층 사이에 공간을 확보할 수 있는 구조에서는 모두 성립한다. 또한, 시료 합성시에 쉽게 배출되는 물질이 포함되어 있는 구조도 가능하며, 합성 후 제거되는 구조 또한 가능하다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 구현예에 따른 수소 저장 매체를 나타내는 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c은 본 발명의 하나의 구현예에 따른 수소 저장 매체를 입체적으로, 측면으로 및 평면으로 나타낸 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 열처리 이전의 바나듐 오산화물 폼의 X선 회절(XRD) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열처리 이전의 바나듐 오산화물 폼의 투과현미경(TEM) 사진이다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 바나듐 오산화물 폼의 열분석(DSC-TGA) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 바나듐 오산화물 폼의 열처리 후의 XRD 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 바나듐 오산화물 폼의 열처리 후의 TEM 사진이다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 바나듐 오산화물 폼의 질소 및 수소 흡착 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 바나듐 오산화물 폼의 압력 변화에 대한 수소 흡착 결과를 나타낸 그래프이다.

Claims (10)

  1. 결정질과 결정질이 서로 이격되어 다층의 층상 구조를 이루고 있는 가스 저장 매체의 가스 저장 방법에 있어서, 결정질과 결정질 사이의 공간 또는 결정질의 결정과 결정 사이의 격자 거리를 저장하고자 하는 가스의 반데르 발스 직경에 대해 상대적으로 제어하여 선택적으로 가스를 저장하는 단계를 포함하는 가스 저장 매체의 가스 저장 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 결정질과 결정질 사이의 공간 또는 결정질의 결정과 결정 사이의 격자 거리는 가스 저장 매체의 열처리의 온도를 변화시킴으로써 제어되는 것인 가스 저장 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 결정질과 결정질 사이의 공간 또는 상기 결정질의 결정과 결정 사이의 격자 거리는 가스 저장 매체의 시료 합성시에 화학 반응기를 도입하는 것으로 제어되는 것인 가스 저장 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 화학적 반응기는 아민기(NH2)를 포함하는 유기화합물인 가스 저장 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 아민기를 포함하는 유기화합물로는 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 운데실아민, 도데실아민, 트리데실아민, 테트라데실아민, 펜타데실아민, 헥사데실아민, 헵타데실아민, 암모니아, 디메틸아민, 트리메틸아민 및 아닐린으로 이루어진 군에서 하나 이상을 포함하는 가스 저장 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 결정질은 하나의 결정을 가지는 결정이 여러 개 연속으로 합쳐져 전체적으로 하나의 결정질을 이루고 있는 형태인 가스 저장 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 결정질은 층상 구조 또는 입방 형태인 가스 저장 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 결정질은 전이 금속, 전이 금속이 결합된 화합물 또는 전이 금속 산화물을 포함하는 가스 저장 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    전이금속으로는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au 및 Hg로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있는 가스 저장 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 결정질은 바나듐 오산화물 결정질인 가스 저장 방법.
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US6231744B1 (en) * 1997-04-24 2001-05-15 Massachusetts Institute Of Technology Process for fabricating an array of nanowires
US6465132B1 (en) * 1999-07-22 2002-10-15 Agere Systems Guardian Corp. Article comprising small diameter nanowires and method for making the same
US7135057B2 (en) * 2003-04-16 2006-11-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Gas storage medium and methods
US7309380B2 (en) * 2003-06-30 2007-12-18 Basf Aktiengesellschaft Gas storage system
US20080175780A1 (en) * 2007-01-19 2008-07-24 Air Products And Chemicals, Inc. Hydrogen storage with graphite anion intercalation compounds

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