나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 다롄(大連, 대련) 화학물리 연구소 산하 "촉매 기초 국가 중점 실험실" 푸창(傅强, 부강) 연구원, 중국과학원 바오신허(包信和, 포신화) 원사(院士) 연구팀은 중국과학원 다롄(大連, 대련) 화학물리 연구소 산하 "촉매 및 신소재 연구실" 양빙(楊冰, 양빙) 연구원, 중국과학원 고등(高等) 연구원 까오이(高嶷, 고의) 연구원 연구팀과 공동 연구를 수행하여, 반응 분위기 유도 금속 촉매의 동적 상태 분산의 원 위치 표면 연구에서 혁신성과를 획득함. 산소 흡착 유도 금속 상태 은(Ag)의 원자 레벨 분산의 새로운 메커니즘을 발견하고 제시하여 이슈가 되고 있음.

산화 분산(Oxidative dispersion)은 다상 촉매 중 장기간 소결 금속 촉매의 재생에 사용되고 있으며, 최근 단일 원자 촉매 제조에 사용되고 있는데 현재의 메인 스트림 차원에서는 금속 산화물의 형성은 유도 분산의 관건적인 요소에 속한다고 이해하고 있지만 이런 이해는 대부분 비(非) 원 위치 표면 특징 분석 결과에 기반 하고 있음.

연구팀은 환경 스캐닝 전자 현미경(ESEM)을 이용한 동시에 연구팀이 독자적으로 연구개발한 일상 압력에 접근하는 광 발사 전자 현미경(NAP-PEEM) 등 원 위치 이미징 수단을 이용하여 마이크로 사이즈의 Ag 나노 와이어는 산소 분위기 하에서 서브 나노의 클러스터 구조로 분산될 수 있다는 점을 입증함.

연구팀은 비(非) 원 위치 실험을 통해 Ag 나노 와이어는 산소 고온 처리 후 높은 분산적 AgOx 클러스터로 나타난다는 점을 발견함. 또한, 원 위치의 일상 압력에 접근하는 X-레이 전자 에너지 스펙트럼(NAP-XPS) 분석을 통해 Ag는 673K 산소 분위 유도 분산 과정에서 지속적으로 금속 상태를 유지하지만 AgOx 클러스터의 형성은 온도가 낮아지는 과정(400-300K)에서만 발생한다는 점을 발견함.

연구팀은 밀도 범함수 이론 계산을 통해 금속 Ag 클러스터 표면의 산화학 흡착은 높은 분산 상태 유도와 안정을 실현하는 관건이 된다는 점을 입증함.

연구팀은 이번 연구를 통해 "산소 흡착 유도 금속 상태 원자 레벨의 분산" 관련 새로운 메커니즘을 최초로 발견함으로써 금속 상태 높은 분산 촉매의 반응 안정성 실현을 위해 실험 및 이론 근거를 제공함.

연구팀이 발견한 새로운 메커니즘은 Ag, Pd, Au 등 산화물을 통해 엔탈피(enthalpy)를 함유한 비교적 작은 금속 촉매를 생성시키는 면에서 보편적인 적용 의미를 가짐.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ ("In situ identification of the metallic state of Ag nanoclusters in oxidative dispersion")에 게재됨.