나노기술 및 정책 정보

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● 중국 샤먼대학교의 청강푸 교수, 네덜란드 Universiteit Utrecht교의 Krijn de Jong 교수 공동연구팀은 나노스케일 수준에서 금속-산성점의 공간적 분포 제어를 통해 이중기능 촉매에서의 귀금속 활용 극대화에 성공

● 귀금속 촉매는 자동차 배기가스 정화, 수소연료전지 등 친환경 에너지 분야에서 활용도가 높지만, 귀금속 매장량이 적고, 가격이 비싸므로 촉매에 쓰이는 귀금속의 함량을 줄이는 방법 개발은 매우 중요

● 공업 분야에서는 흔히 백금(Pt)과 산성 분자체로 이중기능 촉매를 만들어 휘발유의 옥탄가와 안정성을 높이는데 사용하지만, 단계적 연쇄반응을 실현하기 위해서는 백금 사용량이 0.2%(질량분율) 이상이어야 하며, 제조 비용은 자연스럽게 높아짐.

● 이에 연구팀은 산성 분자체 채널 내부에 백금을 배치하던 기존의 방식을 바꿔 나노스케일 수준에서 백금을 분자체 채널 밖에 배치

● 그 결과, 알칸의 수소화반응에 의한 이성질화 성능이 뚜렷이 개선되었으며, 백금을 분자체 채널 내부에 둘 경우, 알칸의 분해 등 부반응이 촉진되는 것을 확인

● 연구팀은 이를 토대로 공업용 이중기능 촉매에서의 Pt의 위치 및 사용량을 제어, 올레핀의 이성질화 반응이 주로 분자체의 구멍 입구에서 발생한다는 것을 알아냈으며, 이에 분자체의 구멍 입구에 백금을 정밀하게 배치하는 방식으로 질량분율이 0.01%에 불과한 백금과 분자체 산성점을 이용한 고효율적인 이중기능 촉매를 개발, 귀금속인 백금의 이용률을 극대화함.

● 해당 연구성과는 나노스케일 수준에서 귀금속과 산성점의 공간적 분포를 합리하게 제어하여 귀금속 이용률을 높이는 방법을 제시, 합리한 금속-분자체 이중기능 촉매 설계를 위한 새로운 시각을 열어줬다는 평가를 받고 있음.

※ Science 게재(2022.07.07.),“Maximizing noble metal utilization in solid catalysts by control of nanoparticle location”