부산대학교 도서관

Clathrate compounds are crystalline solid compounds formed by the interaction of host molecules and guest molecules. It has the characteristic that a huge volume of gas can be stored inside a unit volume of solid by trapping guest molecules inside the lattice structure formed by hydrogen bonding of host molecules. Hydroquinone (HQ), one of the well-known clathrate compounds, exists as a solid at room temperature, since it can easily react with guest gases molecules by pressurization at room temperature and high temperature, it is regarded as a promising substance when applying the clathrate compound.In this study, the clathrate formation and guest collection behavior were investigated using HQ and a mixture of single(CO, CO2, H2), binary(CO2 + H2, CO + H2, CO2 + CO), and ternary(CO2 + CO + H2) gases of various compositions. Using spectroscopic measurements, it was confirmed that both CO and CO2 molecules form clathrate and are trapped in the cage, but H2 molecules are not trapped. In addition, HQ molecules are mainly affected by CO2 molecules regardless of their composition when forming clathrate. Even at the maximum amount of CO, partial pressure in the ternary(CO2 + CO + H2) gas mixture, the cage occupancy ratio by CO is only 0.9%.The experimental and calculated results of this study are expected to provide useful information for applications such as separation/recovery of synthetic gases of various compositions and storage and transport of gases.
Clathrate compound는 host 분자와 guest 분자의 상호작용으로 형성되는 결정성 고체 화합물로 host 분자가 수소결합을 통해 형성하는 격자구조 내부로 guest 분자가 포획됨으로써, 단위 부피의 고체 내부에 막대한 부피의 기체를 저장할 수 있다는 특성이 있다. 잘 알려진 Clathrate compound 중 하나인Hydroquinone(HQ)는 상온에서 고체로 존재하기 때문에 상온 및 고온 영역에서 가압하여 guest 가스의 형태로 기체 분자와 쉽게 반응 할 수 있어 Clathrate compound를 응용할 경우 유망한 물질로 손꼽히고 있다. 본 연구에서는 HQ을 사용하여 다양한 조성의 단일성분(CO, CO2, H2), 2성분(CO + H2, CO2 + H2, CO + CO2), 3성분(CO + CO2 + H2) 기체 혼합물을 사용하여 Clathrate 형성 및 guest 포집 거동을 파악하였다. 분광학적 측정을 사용하여 CO와 CO2 분자는 모두 Clathrate을 형성하여 cage에 포획되지만 H2 분자는 포접이 일어나지 않는 것을 확인하였다. 또한, HQ 분자는 Clathrate 형성 시 조성에 관계없이 주로 CO2 분자의 영향을 더 많이 받는다. 3성분(CO + CO2 + H2)의 가스 혼합물에서 가장 높은 CO분압에서도 CO에 의한 cage 점유율은 0.9%에 불과하다. 이 연구의 실험 및 계산 결과는 다양한 조성의 합성 가스의 분리/회수와 기체의 저장 및 수송과 같은 응용분야에 유용한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.