Catalysts play important role in industrial chemistry, accounting for majority of chemical reactions. Due to increasing demand for catalysts, novel, cheap, stable materials are required. Single material cannot meet all the requirements, therefore multicomponent catalysts are being thoroughly investigated. Due to its abundance, cheap price, unique chemical and physical properties copper based catalysts were developed in this work. Activated carbon supported nanocomposites attract attention due to functionality, low-price and simple synthetic method. Such nanocomposites are used as catalysts, adsorbents, electrodes and in other areas. Carbon support provides high surface area, protects metal nanoparticles and adsorbs various chemicals. So far, carbon based nanocomposites are synthesized by impregnation methods. In this study, we first synthesize copper nanoparticles protected by capping agents, later we incorporate them into porous carbon by means of impregnation method. Then we test both materials for electrocatalytic reduction of $CO_2$. Next, in contrast to wet impregnation method, we developed alternative way to synthesize porous carbon supported metal nanoparticles by carbonizing copper nanoparticle and polymer mixtures in a tubular furnace under inert atmosphere. As synthesized samples were tested in oxidative self-coupling of amines into imine, intermediate molecule of important Strecker reaction.
촉매는 화학 산업에서 중요한 역할을 수행하며 산업에서 촉매의 수요가 증가함에 따라 가격이 저렴하고 반복 사용에도 구조가 안정한 새로운 촉매의 개발이 요구된다. 한 가지의 물질만으로는 요구되는 촉매 기능 조건을 모두 만족시키기 어렵기 때문에 다성분으로 구성된 복합소재의 촉매 활성이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 매장량이 풍부하고 가격이 저렴하며 특유의 화학적, 물리적 성질을 가진 구리를 활용한 촉매 물질을 연구하였다. 한편 활성탄을 지지체로 활용한 나노복합소재는 기능성, 저렴한 가격 및 간단한 합성법으로 많은 관심을 받는 소재이다. 이러한 나노복합소재는 촉매, 흡착제, 전극 등의 분야에서 활용되고 있다. 탄소 지지체는 넓은 비표면적을 제공하고 금속 나노 입자를 보호하며 다양한 화학 물질을 흡착한다. 기존 탄소 기반의 나노복합소재는 나노 물질을 탄소 지지체에 함침하는 방식으로 합성이 되었다. 본 연구에서는 먼저 캡핑 물질로 보호된 구리 나노 입자를 합성하고, 이를 다공성의 탄소 지지체에 함침하는 방식으로 나노복합소재를 제조하였다. 함침법으로 개발된 나노 복합소재의 이산화탄소의 전기화학적 환원 반응에 촉매 활용을 연구하였다. 또한 본 연구에서는 기존의 함침법과는 달리, 먼저 구리 나노 입자와 고분자의 혼합물을 제조하고 이를 비활성 기체 조건에서 탄화시켜 다공성 탄소 지지체에 금속 나노 입자를 분산시키는 새로운 나노복합소재 제조법을 개발하였다. 제조된 복합소재는 아민의 이민으로의 산화 자가 결합 및 중요한 Strecker 반응에 활용이 연구되었다.
