The discovery of ordered mesoporous silica opened a synthesis route to new families of porous materials. Many studies have been investigated to control the synthesis conditions and prepare new mesostructured materials. There were tremendous interests towards the applications of the mesoprous silicas. A particularly interesting approach has been discovered recently for the synthesis of mesoporous silica/polymer composites. The objective of this thesis work was to synthesize such silica/polymer composite materials with controllable pore diameters and therefore to investigate the effect of pore diameter on the catalytic properties. The silica/polymer composite materials were synthesized, following the synthesis strategy reported before. Silica/polymer composites with tunable pore sizes were obtained through the incorporation of polystyrene into the 2D hexagonal mesoporous silica SBA-15 with different pore sizes. The pore size control was achieved through variation of surfactants and hydrothermal temperatures during the silica synthesis. The synthesis of mesoporous silica SBA-15 was carried out under the dilute acidic condition, in the light of facile thermodynamic control discovered recently. These mesoporous silicas SBA-15 served as an inorganic framework for the preparation of composite materials. The polymer moiety was then sulfonated with sulfuric acid. Catalytic properties of these acid-functionalized composite materials were studied for the esterification reaction of benzyl alcohol with hexanoic acid. The effects of the pore sizes on the catalytic activity and selectivity were investigated. The results showed that both activity and selectivity increased with the decrease of the pore size. Based on the promising results, we propose that the composite materials synthesized under present conditions and strategy would find applications for other catalytic reactions.
메조다공성 실리카 물질의 발견 이래로 다양한 구조를 가지는 메조다공성 실리카 물질들의 합성법과 응용에 관한 연구가 진행되어 왔다. 특히, 순수 실리카 골격내의 메조기공을 유기물질로 변형시킨 유기-무기 복합체의 개발이 활발히 진행되면서, 메조다공성 실리카 물질을 촉매, 분리제, 흡착제 등으로 응용하려는 다양한 방법들이 시도되어왔다. 본 논문에서는 메조기공의 크기가 조절된 실리카의 골격 내부를 폴리머로 변형시킨 새로운 유기-무기 복합체를 제조하고, 기공크기에 따른 복합체 물질의 촉매특성에 관한 연구결과를 보고한다.
기공의 크기가 조절된 실리카/폴리머 복합체는 본 연구진에서 앞서 발표한 방법에 따라 합성되었다. 기공의 크기가 조절된 2차원의 육방구조의 기공배열을 가지는 SBA-15에 스타이렌/다이비닐벤젠 단량체를 함침시켜 고분자 중합과정을 거쳐 합성하였다. 기공의 크기가 조절된 메조다공성 SBA-15는 최근에 본 연구진에서 개발한 방법에 따라, 저농도의 염산 용액 조건하에서 구조유도체로 사용한 계면활성제를 각각 $EO_{20}PO_{70}EO_{20}(P123)$, $EO_{17}PO_{60}EO_{17}(P103)$, $C_{16}EO_{8}(Brij 58)$ 으로 사용하여 얻어진 초기 침전물을 고온에서 수열 처리하여 합성하였다.
실리카/폴리머 복합체를 벤질 알코올의 에스테르화 반응의 촉매로 사용하여 기공의 크기차이에 따른 촉매활성과 생성물들간의 선택성에 대하여 연구를 수행하였다. 그 결과, 기공의 크기가 감소함에 따라서 촉매활성과 선택성이 모두 증가하는 경향을 보였다. 본 연구에서 실리카/폴리머 복합체가 나타내는 우수한 촉매특성을 기반으로 이 물질이 중요하게 알려진 다른 촉매 반응에 적용될 수 있는 가능성을 제시하고자 한다.
