4급 수산화암모늄으로 기능화된 산화 그래핀 양자점 설계 및 의사 도입

Apr 28, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8140(2023) 이 기사 인용

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현재 연구에서는 새로운 유사 균일 촉매의 설계 및 합성이 설명되어 있습니다. 이를 위해, 손쉬운 1단계 산화 단편화 접근법을 통해 산화 그래핀(GO)으로부터 아민 기능화된 산화 그래핀 양자점(N-GOQD)을 제조했습니다. 준비된 N-GOQD는 4차 암모늄 수산화물 그룹으로 변형되었습니다. 다양한 특성화 기술을 통해 4차 수산화암모늄으로 기능화된 GOQD(N-GOQD/OH-)가 성공적으로 합성되었음을 명확하게 밝혔습니다. TEM 이미지에 따르면 GOQD 입자는 모양이 거의 규칙적으로 구형이고 입자 크기가 10 nm 미만인 단일 분산되어 있는 것으로 나타났습니다. 실온에서 산화제로서 수성 H2O2 존재 하에 α,β-불포화 케톤의 에폭시화에서 유사균질 촉매로서 합성된 N-GOQDs/OH-의 효율을 조사하였다. 상응하는 에폭사이드 생성물은 양호한 수율 내지 높은 수율로 얻어졌다. 이 절차는 녹색 산화제, 높은 수율, 무독성 시약의 사용 및 눈에 띄는 활성 손실 없이 촉매의 재사용 가능성이라는 장점을 가지고 있습니다.

신기술 시대에 안전하고 건강한 생활환경은 매우 중요해졌습니다. 결과적으로, 유기 화합물 생산을 위한 보다 환경친화적인 화학적 접근법의 가용성 또한 추가적인 이점을 구성할 것입니다. 지난 2세기 동안 녹색 화학의 일부 측면에 초점을 맞춘 유기 변형을 위한 비용 효과적인 촉매 개발에 있어 상당한 발전이 있었습니다1,2.

유사 균일 촉매는 촉매 표면이 기질에 정확히 노출되는, 즉 기질과 촉매 사이에 뚜렷한 상 차이가 없고 균일 촉매처럼 작동하는 촉매 시스템으로 간주되어 왔습니다. 그러나 유사균질촉매는 균일촉매에 비해 불균일촉매의 특징처럼 반응매질로부터 쉽게 분리되고 회수될 수 있다. 결과적으로 유사 균질 시스템은 균질 촉매와 이종 촉매의 장점을 모두 갖기 때문에 촉매 시스템의 성능과 유용성이 향상됩니다3,4.

0차원 나노물질의 새로운 범주인 산화 그래핀 양자점(GOQD)은 구성 치수가 20 nm5 미만인 산소가 풍부한 탄소질 층상 물질로 정의됩니다. GOQD는 뛰어난 발광성, 비용 효율적인 생산 방법, 손쉬운 기능화 능력, 매우 우수한 용해도 및 안정성과 같은 뛰어난 특성으로 인해 전기 화학 감지, 광촉매, 바이오 이미징, 바이오 감지, 발광 다이오드 및 촉매 작용에서 유망한 잠재력을 보여주었습니다. 물, 낮은 독성 및 우수한 생체 적합성6,7,8,9. GOQD가 흑연 분말, 산화 그래핀 시트, 탄소 섬유, 구연산, 망고 잎과 같은 식물 재료 등을 포함하여 상업적으로 이용 가능한 다양한 탄소 공급원으로부터 효율적으로 생산될 수 있다는 점은 흥미롭습니다6.

활성 부위에 대한 지원으로 GOQD를 사용하는 것은 놀라운 일이 될 수 있습니다. 이러한 촉매 시스템은 유사 균질 조건 하에서 촉매 반응이 일어나도록 하기 때문입니다. 따라서 CQD의 작은 입자 크기와 그 위에 설계된 작용기로 인해 촉매 활성 종은 무기한 부유될 수 있으며, 촉매와 반응물은 동일한 상에 있으므로 시스템은 다음과 같은 이점을 추가하여 균질 촉매와 유사하게 작동할 수 있습니다. 투석막을 통해 쉽게 회복 가능합니다. 또한, GOQD의 얇은 시트는 표면에 다양한 활성 산소 작용기를 포함하고 있어 높은 (수용성) 용해도와 손쉬운 변형에 대한 상당한 잠재력을 제공합니다. 전체적으로 표면 수정 기술은 특정 응용 분야에 맞게 GOQD 표면을 변경하는 흥미로운 가능성을 제공할 수 있습니다. 최근 GOQD 지원 촉매가 유기 변형에서 연구되어 탁월한 결과를 보여주었습니다. Rezaeiet al. 이온성 액체를 지지하는 탄소 양자점을 사용하여 알켄을 알데히드로 선택적 산화 분해할 수 있었습니다. 탄소 양자점 표면에 고정된 텅스텐산염 이온은 알켄의 산화 절단과 알코올을 해당 알데히드로 선택적으로 산화시키는 데 성공적으로 적용되었습니다. Pd 및 Ag 나노입자도 탄소 양자점에서 안정화되었으며 제조된 촉매는 Suzuki-Miyaura 결합 반응을 촉진하기 위한 효율적인 촉매로 활용되었습니다.