Clathrate hydrate is one type of inclusion compounds which is composed of host water framework that can accommodate several types of guest molecules such as small gas and organic molecules. In this thesis, there are four chapters dealing with the intracavity conformational change of guest species, the thermodynamic and kinetic study of binary clathrate hydrates, and the application to functionalized hydrogen storage materials. The detailed comments are shown below.
Chapter 2 firstly reports the conformational change of acyclic guest molecule (methyl vinyl ketone) occurring in the hydrate cavities. This unique phenomenon depends on the types of secondary guest molecules. Chapter 3 focuses on the two clathrate hydrate former of methacrolein and 3-hydroxytetrahydrofuran having promotion and inhibition effect, respectively. The phase equilibria of binary $(former + CH_4, N_2, O_2, and CO_2)$ clathrate hydrates are also presented. Chapter 4 focuses on the kinetic study of binary clathrate hydrate with a new perspective of Mpemba effect and suggests a novel strategy for rapid hydrate formation using iodomethane and surfactant (sodium dodecyl sulfate). Lastly, chapter 5 introduces a new concept of using hydrocarbon mixture for tuning the hydrate cage to achieve both multiple and double hydrogen occupancy in large and small cages at the same time.
클러스레이트 하이드레이트는 물 분자로 구성된 격자 안에 다양한 종류의 객체분자들이 포집 될 수 있는 화합물로, 작은 가스 분자나 유기 분자들이 주로 포집 된다. 본 학위논문에서는 동공 내부에서의 객체 의존적인 기하 이성질체 변화 현상, 다양한 객체를 포집한 클러스레이트 하이드레이트의 열역학적, 동역학적 특성, 그리고 기능성 수소 저장 매체로의 응용을 다루는 네 개의 장으로 구성되어 있으며, 각 장의 내용은 다음과 같다.
제 2장 에서는, 하이드레이트 동공 내에서 methyl vinyl ketone 객체의 기하 이성질체가 변화되는 현상을 처음으로 발견하고 이 현상이 제 2객체인 가스 분자의 종류에 의존적이라는 결론을 도출하였다. 제 3장 에서는 새로운 하이드레이트 형성 촉진제인 methacrolein과 억제제인 3-hydroxytetrahydrofuran를 소개하고 메탄, 질소, 산소, 이산화탄소와의 혼합 하이드레이트 상 평형을 제시하였다. 제 4장 에서는 Mpemba 현상을 이용한 동역학적 특성 연구 및 iodomethane과 계면 활성제를 이용하여 빠르게 하이드레이트를 형성하는 방법을 제시하였다. 제 5장에서는 가스 상태의 탄화수소 혼합물을 이용하여 하이드레이트 동공을 튜닝하여 수소를 저장하는 새로운 컨셉을 제시하였다.
