국내 연구진, 합금 촉매 화학반응 촉진 원리 찾았다

KAIST 정유성-박정영 교수 “반응과정 직접 관찰 첫 사례”

국내 연구진이 백금-니켈 합금 촉매가 일산화탄소 산화반응을 촉진하는 원리를 밝혀냈다.

정유성·박정영 한국과학기술원(KAIST) EEWS 대학원 교수팀은 14일 광주과기원(GIST) 물리·광과학과 문봉진 교수팀과 공동연구로 백금-니켈 합금 촉매 표면에서 일어나는 화학반응 과정을 실시간으로 관찰, 합금 촉매의 반응성 향상 원리를 규명했다고 밝혔다.

합금 촉매는 단일 금속이나 금속 산화물 촉매보다 뛰어난 성능을 보여 연료전지반응이나 탄소계열 공업화학반응 등에 이용되지만 그 원리는 자세히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 ‘상압 주사 터널링 전자 현미경’과 ‘상압 X-선 광전자분광기’를 활용해 백금-니켈 합금 촉매가 일산화탄소 산화반응의 반응성을 향상시키는 것은 금속-산화물 계면 나노구조의 표면 형성에서 시작된다는 사실을 밝혀냈다. 양자역학 모델링 계산을 통해 백금-니켈 합금 촉매의 반응성 향상 효과가 우수한 것은 합금 촉매 금속-산화물 계면 나노구조의 활성화 에너지가 백금이나 니켈 산화물 단일 촉매보다 낮기 때문이라는 것도 규명했다.



정 교수는 “직접 관찰과 양자 계산을 통해 합금 촉매의 주된 활성 자리가 계면임을 규명했다”며 “다양한 합금 촉매의 설계와 최적화에 중요한 단서가 될 것”이라고 말했다. 박 교수는 “실제 반응환경에 근접한 다양한 종류의 촉매 표면 반응을 연구할 계획”이라고 말했다.

기초과학연구원(IBS), 한국연구재단, GIST 등 지원으로 수행된 이 연구는 사이언스 어드밴스 13일자 온라인판에 게재됐다. /고광본선임기자 [e-mail]