나노기술 및 정책 정보

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● 중국 푸저우대학교의 황싱 교수, 스위스 ETH Zürich의 Willinger Bokhoven 교수 연구팀이 전자현미경을 이용하여 금속과 담지체 간의 동적 상호작용을 직접 관찰하는 데 성공

● 연구팀은 강한 금속-담지체 상호작용(SMSI)을 통해 형성된 캡슐화 구조가 산화환원반응 환경에 노출되었을 때 발생하는 구조적 변화, 금속-담지체 상호작용으로 인한 금속입자 및 계면 구조의 동적 행위와 작용 메커니즘 등을 원자 수준에서 규명

● 금속-담지체 상호작용을 통해 형성된 캡슐화된 구조는 산화환원반응 환경에 노출되면 극히 불안정해지며, Pt 입자 표면에서 TiOx 코팅층이 빠르게 제거되고 이와 함께 Pt 입자 표면이 재구성됨

● 또한, 산화환원반응 환경에서 금속과 담지체 간의 상호작용은 Pt-TiO2 계면 구조 및 Pt 입자의 지속적이고 동적인 변화를 유발

● 산화환원반응 과정에서 생성되는 수증기는 금속-담지체 상호작용 코팅층을 파괴하거나 제거하는 원인이 아니며, 과량의 수증기가 생성되면 Pt 나노입자 및 Pt-TiO2 계면의 동적인 행위를 억제

● 반응 환경(H₂+O₂)에서 H₂를 제거할 경우, 금속-담지체 상호작용은 다시 Pt@TiOx 코어-셸 구조(금속 캡슐화 구조)의 형성을 유도하며, 이후 Pt입자 및 Pt-TiO₂ 계면의 동적인 행위 완전히 정지

● 해당 연구 성과는 촉매의 활성 상태와 비활성 상태의 차이를 강조하고, 금속-담지체 상호작용의 표현방식이 화학적 환경에 크게 의존한다는 것을 증명

● 이를 토대로 동적 행위 및 구조 변화 모형을 구축하면 촉매의 활성부위(형성 및 소실)와 동적인 구조 변화 사이의 내적 연관성을 밝혀내는 데 큰 도움이 될 것으로 기대

※ Science 게재(2022.05.26.), “Dynamic interplay between metal nanoparticles and oxide support under redox conditions”