《정보기술, 나노기술, 생물공학을 비롯한 핵심기초기술과 새 재료기술, 새 에네르기기술, 우주기술, 핵기술과 같은 중심적이고 견인력이 강한 과학기술분야를 주타격방향으로 정하고 힘을 집중하여야 합니다.》
우리는 질소를 함유한 중간다공성탄소(NOMCs)의 기공구조특성에 대한 KOH처리후 활성화에 대한 영향을 연구하였다. 중간기공들이 주기적으로 존재할 때 KOH/탄소(C)의 무게비와 활성화온도를 조절하면 BET표면적과 총체적을 1 652m2/g, 0.92cm3/g까지 현저히 증가시킬수 있다.
최근 년간 질서있는 중간구조를 가진 다공성탄소재료들은 흡착/분리, 촉매담체, 초대용량콘덴샤, 수감부전극과 같은 깨끗한 에네르기분야에서 기계적이고 화학적인 안정성을 가진 균일한 배렬로 하여 많은 과학적주목을 끌고있다.
초기 중간다공성탄소들의 가장 일반화된 활성화는 불활성분위기(보통 질소대기)하에서 수산화칼리움(KOH), 수산화나트리움(NaOH), 염화아연(ZnCl2), 린산염(H3PO3) 등의 침투를 포함한 화학적활성화와 고온에서 수증기, 산소 또는 이산화탄소의 존재하에서의 물리적활성화에 기초하고있는데 이것은 활성탄의 상업적생산을 위한 방법들과 류사하다.
이 연구에서는 질소함유다공성탄소의 KOH활성화와 탄화과정을 체계적으로 연구하여 CO2포획을 위한 최량화된 활성화조건들을 결정하였다.
KOH 활성화는 700~850℃의 온도범위에서 1h동안 진행하였으며 KOH/탄소(C)의 무게비는 각각 4.0, 6.0으로 조절되였다.
결과자료는 KOH활성화과정이 높은 비표면적과 기공부피가 큰 다공성탄소들을 제공하며 한편 질서통로들을 가진 중간형태들은 여전히 800℃까지의 활성화온도와 4.0의 KOH/탄소(C)의 무게비를 가진 조건하에서 보존될수 있다는것을 보여주었다.
최량화된 조건에서 활성화된 활성질소함유중간다공성탄소가 우수한 CO2포획(3.12mmol/g, 298K, 0.95bar)과 선택성(18.5, 298K)을 보여준다는것이 밝혀졌다. 이 재료는 CO2포집을 위한 흡수제의 유망한 후보자로 될수 있다.
이상의 연구결과는 잡지《Chemical Physics Letters》에 《Post-KOH activation of nitrogen-containing porous carbon with ordering mesostructure synthesized through a self-assembly》 (https://doi.org/10.1016/j.cplett.2019.137028)의 제목으로 출판되였다.