팔라듐 촉매용 지원 재료 목록

팔라듐 촉매는 많은 화학 반응, 특히 수소화, 산화 및 탄소-탄소 결합 형성에 필수적입니다. 팔라듐 촉매의 효과는 지지체의 선택에 따라 크게 영향을 받습니다. 지지체는 팔라듐 분산을 위한 넓은 표면적을 제공할 뿐만 아니라 촉매의 안정성, 활성 및 선택성에도 영향을 미칩니다.

다음은 팔라듐 촉매에 사용되는 주요 지지 물질로, 각기 다른 응용 분야에 고유한 이점을 제공합니다:

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그림 1 탄소 기반 팔라듐 촉매

1. 탄소 기반 서포트

• 활성탄(Pd/C): 가장 일반적인 서포트 재료 중 하나인 활성탄은 팔라듐 분산을 위한 높은 표면적을 제공합니다. Pd/C는 수소화 반응과 정밀 화학 합성에 특히 효과적입니다. 탄소의 높은 다공성과 안정성은 촉매의 재사용성을 높이는 데 기여합니다.
• 탄소 나노튜브(Pd/CNT): 탄소 나노튜브는 활성탄에 비해 훨씬 더 넓은 표면적과 우수한 전도성을 제공합니다. 열 및 화학적 안정성이 높아 연료 전지 및 센서와 같은 고급 애플리케이션에 자주 사용됩니다.

2. 알루미나(Al2O3)

• 알루미나에 팔라듐(Pd/Al2O3): 알루미나는 높은 열 안정성과 고온 반응을 견디는 능력으로 인해 널리 사용되는 지지체입니다. Pd/Al2O3는 일반적으로 고온 저항성이 중요한 촉매 개질 및 탈수소화 공정에 사용됩니다.
• 감마-알루미나: 이 형태의 알루미나는 높은 표면적과 조정 가능한 산성 특성으로 유명하며, 선택적 산화 또는 수소화와 같은 특정 반응에 맞게 조정할 수 있습니다.

3. 실리카(SiO2)

• 실리카에 팔라듐(Pd/SiO2): 실리카는 높은 표면적을 제공하며 중성 지지체가 필요한 반응에 자주 사용됩니다. 특히 유기 화합물의 수소화 및 탈수소화와 같은 반응에 Pd/SiO2가 효과적입니다. 실리카의 안정성과 낮은 산도는 산성 지지체 상호 작용이 바람직하지 않은 공정에 적합합니다.

4. 제올라이트

• 제올라이트에 팔라듐(Pd/제올라이트): 고도로 정렬된 다공성 구조를 가진 제올라이트는 산-염기 특성과 형태 선택성으로 인해 독특한 촉매 특성을 제공합니다. Pd/제올라이트 촉매는 선택적 수소화 및 수소화 분해와 같은 반응에 자주 사용되며, 기공의 크기와 모양이 촉매 활성을 좌우할 수 있습니다.
• 계층적 제올라이트: 이 제올라이트는 미세 기공과 메조 기공을 모두 가지고 있어 특히 선택적 산화와 같은 반응에서 더 큰 분자에 대한 접근성이 향상되고 안정성이 향상됩니다.

5. 금속 산화물

• 이산화티타늄(Pd/TiO2)의 팔라듐: 이산화티타늄은 안정적이고 다재다능한 지지체 소재입니다. Pd/TiO2는 수소화 및 산화와 같은 반응에 사용되며, 특히 자외선 아래에서 티타니아 지지체가 전자 전달 및 광촉매 역할을 합니다.
• 지르코니아의 팔라듐(Pd/ZrO2): 지르코니아는 고온에서 안정성이 높기 때문에 사용됩니다. 팔라듐의 촉매 특성과 지르코니아의 열 안정성이 모두 필수적인 선택적 수소화 및 산화와 같은 반응에 Pd/ZrO2가 효과적입니다.

6. 마그네시아(MgO)

• 마그네시아의 팔라듐(Pd/MgO): 산화마그네슘은 기본 특성과 열 특성이 모두 중요한 반응에서 팔라듐을 지원합니다. Pd/MgO 촉매는 촉매 수소화 및 개질 공정에서 특히 유용합니다.

7. 그래핀

• 그래핀 위의 팔라듐(Pd/Graphene): 높은 표면적, 전기 전도도, 기계적 강도를 가진 그래핀은 팔라듐의 지지체로 점점 더 많이 사용되고 있습니다. Pd/그래핀 촉매는 수소화 및 연료 전지 응용 분야에서 매우 효과적이며 향상된 전자 특성과 활성을 제공합니다.

8. 고분자 지지체

• 고분자상의 팔라듐(Pd/폴리머): 폴리스티렌이나 폴리에틸렌과 같은 폴리머는 종종 액상 촉매에서 특수 반응에서 팔라듐을 지지하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 지지체는 유기 용매를 포함하는 촉매 공정에서 고유한 선택성과 안정성을 제공할 수 있습니다.

9. 금속 지지체

• 금에 팔라듐(Pd/Au): 경우에 따라 금은 팔라듐의 독특한 전자적 특성으로 인해 팔라듐의 지지체로 사용됩니다. 금 표면이 팔라듐의 활성을 향상시키는 특정 유형의 산화 및 수소화 반응에 특히 효과적인 Pd/Au 촉매가 사용됩니다.
• 구리 위의 팔라듐(Pd/Cu): 구리는 산화 및 환원 특성의 균형이 필요한 반응에서 팔라듐을 지원합니다. Pd/Cu 촉매는 수소화 및 선택적 산화와 같은 공정에 자주 사용됩니다.

다양한 지지체의 팔라듐 기반 촉매

이 표는 팔라듐 기반 촉매에 사용되는 다양한 지지체와 그 고유한 특성, 그리고 각각의 응용 분야를 강조합니다. 자세한 내용은 Stanford Advanced Materials (SAM)에서 확인하세요.

결론

팔라듐 촉매의 지지 재료 선택은 다양한 반응에서 촉매의 효과, 안정성 및 선택성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 팔라듐과 지지체 간의 상호작용을 최적화함으로써 연구자와 엔지니어는 반응 효율을 높이고 현대 화학 공정에서 팔라듐 촉매의 범위를 확장할 수 있습니다.

참조:

[1] 로마 M. 미로넨코, 올가 B. 벨스카야, 타티아나 I. 글리야바, 미하일 V. 트레니킨, 블라디미르 A. 리콜로보프, 에틸 4-니트로벤조산염의 선택적 수소화를 통해 벤조카인을 얻기 위한 효율적인 촉매로서 탄소 나노구슬에 지지된 팔라듐 나노 입자, Catalysis Communications, Volume 114, 2018, 46-50페이지, ISSN 1566-7367, https://doi.org/10.1016/j.catcom.2018.06.002.