나노촉매 활성도 높일 수 있는 원리 규명

[백나영기자] 나노촉매에 산화막을 형성시켜 촉매 반응을 극대화 시킬 수 있는 원리가 국내 연구진에 의해 규명됐다.

카이스트 박정영 교수(42세) 연구팀은 나노입자의 산화상태를 촉매환경에서 측정하는데 성공했다고 8일 밝혔다.

나노촉매는 (Nanocatalysts)는 표면적이 높은 산화물 지지체에 나노미터(10억분의 1미터) 크기의 금속입자가 분산되어 있는 구조로 표면에서 기체 반응을 원활하게 하는 재료다. 이번 연구를 바탕으로 친환경적인 화학공정에 사용될 새로운 나노촉매 물질이 개발될 경우 에너지문제와 환경문제를 근본적으로 해결할 수 있는 가능성이 높아질 것으로 보인다.

활성도가 높은 촉매를 효과적으로 제조하기 위해서는 나노입자의 표면 산화막이 중요한 요인으로 알려져 왔다. 이를 입증하기 위해서는 촉매가 반응하는 환경에서 나노입자의 산화상태를 정확히 측정해야 하지만 지금까지 진공상태에서 분석돼 이를 면밀히 확인하기 어려웠다.

연구팀은 최근 개발된 '상압 엑스선 광전자 분광법'으로 상압측정을 성공할 수 있었다고 설명했다. 상압 엑스선 광전자 분광법은 엑스선을 물질에 쬐었을 때 나오는 광전자 운동에너지를 조사해 물질의 성분과 산화상태를 연구하는 표면분석법이다.

또 연구팀은 측정결과를 바탕으로 산화상태가 촉매의 활성도에 미치는 영향도 확인했다. 크기가 큰 루테늄 나노입자의 얇은 산화막이 촉매의 활성도를 높일 수 있고 산화상태를 바꾸면 활성도도 제어할 수 있다는 사실을 입증했다.

박정영 교수는 "이번 연구는 활성도가 높은 촉매물질을 만드는데 응용되어 환경오염에 주요한 원인이 될 수 있는 촉매물질의 사용을 획기적으로 줄이는데 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)과 WCU육성사업 및 지식경제부 등의 지원으로 수행됐다. 나노분야의 권위 있는 학술지인 '나노 레터스(Nano Letters)' 온라인 속보 10월 15일자로 게재됐다.

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