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Sep 21, 2023

새로운 촉매는 플라스틱 폐기물을 우리로 바꾸는 데 도움이 됩니다

지원되는 금 나노입자 촉매는 폴리에스테르를 재활용할 수 있습니다.

지원되는 금 나노입자 촉매는 폴리에스테르와 바이오매스를 재활용할 수 있습니다.

도쿄도립대학

이미지: 산화지르코늄 기판에 장착된 금 나노입자로 구성된 하이브리드 촉매가 있는 상태에서 에테르와 에스테르가 디실란과 반응합니다. 금 나노입자와 지지체의 산성 및 염기성 부위의 존재는 에테르와 에스테르 그룹을 실란 그룹으로 전환하는 데 도움이 됩니다.더보기

크레딧: 도쿄도립대학

일본 도쿄 – 도쿄 메트로폴리탄 대학의 연구원들은 산화지르코늄 표면에 지지된 금 나노입자가 바이오매스 및 폴리에스테르와 같은 폐기물을 광범위한 응용 분야에 사용되는 귀중한 화학 물질인 유기실란 화합물로 전환시키는 데 도움이 된다는 사실을 발견했습니다. 새로운 프로토콜은 금 나노입자와 산화지르코늄 지지체의 양쪽성(산 및 염기 모두) 특성 간의 협력을 활용합니다. 그 결과 덜 까다로운 조건을 요구하는 반응, 즉 폐기물을 업사이클링하는 보다 친환경적인 방법이 탄생했습니다.

재활용은 플라스틱 폐기물이라는 세계적인 문제에 대한 인류의 해결책에서 큰 부분을 차지합니다. 그 중 대부분은 플라스틱 폐기물을 플라스틱 제품으로 바꾸는 것과 관련이 있습니다. 그러나 과학자들은 폐기물을 자원으로 사용하도록 장려하기 위한 대안적인 접근 방식도 모색해 왔습니다. 여기에는 폐기물을 만드는 데 사용된 재료보다 더 가치 있는 완전히 새로운 화합물 및 제품으로 전환하는 업사이클링이 포함됩니다.

미우라 히로키(Hiroki Miura) 부교수가 이끄는 도쿄 메트로폴리탄 대학 연구팀은 플라스틱과 바이오매스를 탄소-실리콘 결합을 형성하기 위해 실리콘 원자가 부착된 유기 분자인 유기실란으로 전환하는 연구를 진행해 왔습니다. 유기실란은 의약품 및 농약 생산 시 고성능 코팅 및 중간체에 사용되는 귀중한 재료입니다. 그러나 실리콘 원자를 추가하려면 공기, 습기에 민감하고 높은 온도는 물론 강산성 또는 염기성 조건에 민감한 시약이 필요한 경우가 많습니다. 이로 인해 변환 프로세스 자체가 환경에 부담이 될 가능성이 있습니다.

이제 팀은 산화지르코늄 지지체에 지지된 금 나노입자로 구성된 하이브리드 촉매 물질을 적용했습니다. 촉매는 폴리에스테르와 같은 플라스틱과 셀룰로오스와 같은 바이오매스 화합물에 풍부한 에테르와 에스테르 그룹을 취하고 이들이 디실란으로 알려진 실리콘 함유 화합물과 반응하도록 돕습니다. 용액 내에서 약한 가열을 통해 그들은 에스테르 또는 에테르 그룹이 위치한 유기실란 그룹을 성공적으로 생성했습니다. 연구진은 메커니즘에 대한 상세한 연구를 통해 금 나노입자와 지지체의 양쪽성(염기성 및 산성 모두) 특성 사이의 협력이 온화한 조건에서 원료의 효과적이고 높은 수율 전환을 담당한다는 사실을 발견했습니다.

플라스틱 폐기물 처리에는 종종 연소 또는 강한 산성/염기성 조건이 필요하다는 점을 감안할 때, 공정 자체는 이미 훨씬 덜 까다로운 조건에서 폴리에스터를 분해할 수 있는 쉬운 경로를 제공합니다. 그러나 여기서 중요한 점은 반응 생성물 자체가 새로운 응용에 사용할 준비가 된 귀중한 화합물이라는 것입니다. 팀은 유기실란 생산을 위한 이 새로운 경로가 플라스틱이 환경으로 흘러가지 않고 사회에서 더 유용한 제품이 되는 탄소 중립 미래를 향한 우리의 길의 일부가 되기를 바라고 있습니다.

이 작업은 촉매 및 배터리를 위한 요소 전략 이니셔티브 프로그램(ESICB)(보조금 번호 JPMXP0112101003), JST FOREST 프로그램(보조금 번호 JPMJFR203V), 과학 연구 보조금(B)(보조금 번호 21H01719)의 지원을 받았습니다. , 도전적인 연구(탐색)(보조금 번호 22K18927) 및 일본 문부과학성이 의뢰한 혁신 분야에 대한 과학 연구(보조금 17H06443).

미국 화학 학회지

10.1021/jacks.2c12311

금 나노입자와 양쪽성 지르코늄 산화물의 협력으로 활성화되지 않은 C(sp3)-O 결합의 동질분해를 통한 다양한 알킬-실릴 교차 결합