그린에너지 나노촉매 연구실

High C3+ olefin yields accompanied by minimal production of ethylene and aromatics are desirable for maximizing jet-fuel selectivity in the methanol-to-jet process. In threedimensional MFI zeolites with 10-membered ring pore structures, channel intersections provide enlarged void spaces that facilitate the formation of bulky aromatic species, leading to increase in aromatic-cycle propagation. Herein, we demonstrate that extreme crystal thinning of MFI zeolites effectively suppresses the contribution of channel intersections by reducing the residence time of hydrocarbon intermediates within these regions. MFI nanosheets with thicknesses of 4 and 10 nm were synthesized and evaluated in the methanol-to-olefins reaction. As the crystal thickness decreased, C3+ olefin selectivity increased markedly, accompanied by suppression of ethylene and aromatic formation. Notably, 4-nm-thick MFI nanosheets with a Si/Al ratio of 161 achieved C3+ olefin yields (81.4 %) comparable to those of one-dimensional MRE zeolites (Si/Al = 181) (76.9%), yet with significantly improved catalyst stability. Molecular dynamics simulations revealed that crystal thinning restricts molecular residence at channel intersections and promotes transport along channel segments, thereby limiting intersection-mediated aromatic chemistry.

Recently, it was reported that CO2 can serve as a carboxylating agent for the selective conversion of CH4 into CH3COOH using Co3O4 as a bifunctional catalyst. However, despite the sequential activation of both reactants, the practical CH3COOH productivity remained insufficient for industrial applications. Herein, a series of Co3O4-encapsulated mesoporous silica catalysts (denoted as Co3O4@mSiO2) were synthesized. These bifunctional core@shell architectures featured precisely tuned core diameters and shell thicknesses, achieved by systematic control of the precursor ratios. TEM and XRD analyses confirmed the successful encapsulation of nanocrystalline Co3O4 within the mesoporous silica framework, with dimensions ranging from 4.7–18.8 nm (core) and 16.9–60.1 nm (shell). Catalytic evaluations revealed that the CH3COOH yield is governed by a synergistic interplay between the core and shell dimensions. Specifically, the optimized architecture (9.9 nm core and 24.4 nm shell) delivered a peak yield of 194.2 μmol gCo3O4−1, significantly outperforming counterparts with smaller cores or thinner shells. Ex situ FT-IR spectroscopy elucidated that this optimal configuration maximized CO2 activation as surface carbonate species, facilitating the subsequent reaction with CH4. Furthermore, the mesoporous silica shell effectively suppressed sintering, ensuring structural integrity and stable performance over 10 consecutive reaction cycles.

Fe-containing intermetallic compounds (Fe-IMCs) in 8xxx aluminum alloys act as cathodic sites that promote localized corrosion and generate defects in anodic oxide films. A combined pretreatment—alkaline etching followed by mixed HNO3/HF pickling under ultrasonication (NH-U)—was applied to selectively remove Fe-rich Al13Fe4 from AA8079 before phosphoric acid anodizing. Alkaline etching exposed and partially oxidized Fe-IMCs, whereas single-acid pickling (HNO3 or HF) left residual cathodic inclusions at the surface. Mixed HNO3/HF without ultrasonication partially reduced the surface IMC population, whereas NH-U eliminated detectable surface Fe-IMCs and produced a micro-roughened surface. Anodizing on the IMC-free substrate yielded a uniform porous oxide, while untreated AA8079 formed heterogeneous films locally perturbed by Fe dissolution and incorporation. Cross-sectional elemental mapping confirmed Fe incorporation into the anodic oxide above residual IMCs, creating thinner and compositionally altered regions that can disrupt film uniformity and interfacial integrity. As an application-level indicator of film quality, lap-shear strength of anodized Al–polypropylene joints increased from ∼9 MPa to ∼21 MPa after NH-U pretreatment. Selective Fe-IMC dissolution is therefore identified as a prerequisite for mechanically robust and structurally uniform anodic films on AA8079. The pretreatment offers a scalable route to suppress cathodic-particle-driven film breakdown in battery-foil processing and joining applications.

포도당의 5-하이드록시메틸푸르푸랄(HMF)로의 촉매 전환은 이성질화 및 탈수 경로를 정밀하게 제어해야 하는 바이오매스 고부가가치화 핵심 공정이다. 본 연구에서는 MFI 및 베타 제올라이트의 촉매 성능을 비교 분석하여 이들의 물리화학적 특성과 HMF 수율 간의 관계를 규명하였다. 촉매의 결정 구조, 기공 구조 및 산성 특성은 X선 회절, N2 흡착-탈착 및 NH3 온도 프로그램 탈착을 통해 체계적으로 분석되었다. 실험 결과 베타 제올라이트가 MFI 제올라이트보다 HMF 수율 측면에서 우수한 성능을 보였으며, 이는 우수한 기공 접근성과 포도당-과당-HMF 연쇄 반응에 유리한 산성 부위의 최적화된 분포에 기인한다. 공정 효율을 더욱 향상시키기 위해 베타 제올라이트 시스템의 반응 조건을 최적화하였다. 반응 온도와 염분 제거제인 NaCl 농도의 영향을 평가하여 부반응을 억제하면서 HMF 생산을 극대화하는 최적 조건을 확립하였다. 본 연구는 제올라이트의 구조적 특성과 산도가 육당류의 선택적 탈수 반응에 미치는 영향을 포괄적으로 규명함으로써 지속 가능한 화학 생산을 위한 이종 촉매 설계에 실용적인 통찰력을 제공한다.

고대역폭 메모리와 이종 집적 반도체의 수요가 증가함에 따라, 반도체 후공정 기술 중에서도 어드밴스드 패키징(Advanced packaging)의 중요성이 급격히 부상하고 있다. 특히 하이브리드 본딩(Hybrid bonding)은 Interconnection인 Cu-Cu 금속 접합과 주변의 절연층-절연층 직접 접합 기술을 통칭하는 핵심 기술로, 고성능 반도체 개발을 위한 필수 공정으로 주목받고 있다. 성공적인 하이브리드 본딩을 위해서는 수 nm 수준의 Cu와 절연층들의 균일한 면대면 접합이 요구되며, CMP(Chemical-mechanical polishing) 공정을 통한 초평탄·저결함 표면 연마가 관건이다. 이번 총설에서는 최근 연구된 CMP 메커니즘을 정리하고 Slurry 첨가제 조성과 평탄도 간의 상관관계를 분석함으로써, CMP 공정의 품질 개선을 위한 Slurry 최적화 전략을 종합적으로 논의한다. 이러한 고찰은 CMP 이해를 심화하는 동시에, 차세대 하이브리드 본딩 공정에 적합한 CMP Slurry 조성 설계의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

탄소 중립 달성과 순환 경제로의 전환을 위해, 폐기물 유래 경질 올레핀을 고에너지 밀도 액체 연료로 전환하는 올레핀 올리고머화 기술이 석유화학 및 운송 분야의 핵심 전략으로 대두되었다. 본 총설에서는 이러한 공정의 핵심 플랫폼인 니켈(Ni) 기반 제올라이트 촉매에 관한 최신 연구 동향을 정리한다. 특히 Cossee-Arlman 메커니즘으로 설명되는 니켈 활성점에서의 사슬 성장과 제올라이트 지지체의 산(acid) 기능 간의 이기능성 상호작용에 주목하여, 이러한 결합이 생성물의 분자 구조 및 선택성 제어에 미치는 영향을 논의한다. 높은 형상 선택성을 지닌 미세다공성 MFI 골격은 가솔린 유분(C5–C12) 생산에 유리하나, 항공유(C8–C16) 및 디젤(C10–C20)과 같은 중질 유분 합성에서는 물질 전달 제약의 극복이 주요 난제로 남아 있다. 이에 대한 해결책으로 계층적 기공 제어, 나노스케일 결정화, 3차원 연결 구조의 대기공 제올라이트 도입, 그리고 cascade/tandem 반응기-촉매 시스템 구성 등의 전략을 살펴본다. 결론적으로 본 총설은 각 유분별 목표 물성을 달성하기 위한 촉매 설계 원리를 요약하고, 상용화를 위해 해결해야 할 기술적 과제와 향후 연구 방향에 대해 제언한다.