이온 교환된 CdS를 이용한 벤질 알코올의 벤즈알데하이드 또는 데옥시벤조인으로의 선택적 광촉매 전환

Abstract

촉매는 전환 효율을 최적화하면서 고부가가치 생성물을 만들기 위한 선택성을 높이는 것이 중요하다. 이 연구에서는 가시광선 영역에서 흡수하는 CdS 나노 입자를 간단한 형태의 이온 교환을 이용해서 Ag2S@CdS와 Au2S@CdS의 헤테로 구조를 만들어 주고 이를 이용해 방향족 알코올을 벤즈알데하이드 및 데옥시벤조인 및 하이드로벤조인과 같은 C-C 짝지음 생성물을 이루게 해 고부가가치 알코올로 전환해주었다. Au2S@CdS를 광촉매로 사용한 경우 99%가 벤즈알데하이드를 주산물로, Ag2S@CdS를 광촉매로 사용한 경우 95%가 데옥시벤조인을 주산물로 얻어지는 것을 확인하였다. 그리고 광촉매 반응 동안에 발생하는 광발생 전자 및 정공 이동은 다양한 제어 실험을 진행해 관찰해보았고 실시간 고해상도 X선 광전자 분광법(In-situ High Resolution X-ray Photoelectron Spectroscopy)을 사용하여 체계적으로 조사하였다. 또한, 본 연구에서 제안한 광촉매 시스템을 이용하면 간단한 이온 교환을 이용해 조촉매 성분을 바꿔줌으로써 벤질 알코올을 높은 선택도로 벤질알데하이드 또는 데옥시벤조인으로 광전환이 가능하였다. CdS 광촉매 시스템을 통해 방향족 알코올의 광화학적 전환이 가능하고 원하는 최종 생성물은 조촉매 양이온 종을 바꿔 얻을 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제안하는 단순 이온 교환을 이용한 전략은 향후 다양한 CdS 광촉매 반응에 적용할 수 있을 것이라 기대된다.