나노기술 및 정책 정보

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촉매제는 현대 사회의 수많은 측면에 필수적임. 중요한 화학 반응을 가속화함으로써 촉매는 산업 제조를 지원하고 유해한 배출을 줄이고, 배터리 및 운송에서 맥주 및 세탁 세제에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 화학 공정의 효율성을 높임.

촉매 공정을 이해하면 과학자가보다 효율적이고 비용 효율적인 촉매를 개발하는 데 도움이 될 수 있음. 최근 연구에서 시카고 일리노이 대학(UIC)과 미국 에너지 부(DOE) 아르곤 국립 연구소의 과학자들은 종종 촉매 물질을 빠르게 분해하는 화학 반응 중에 특정 유형의 촉매가 매우 높은 안정성과 내구성이 있음을 증명함.

이 연구의 촉매는 합금 나노입자 또는 코발트, 니켈, 구리 및 백금과 같은 여러 금속 원소로 구성된 나노 크기의 입자로, 이러한 나노입자는 연료 전지에서 수소를 생성하기 위한 물 분해를 포함하여 여러 가지 실용적인 분야에 응용될 수 있음.

이 연구에서 과학자들은 "고 엔트로피"(고 안정) 합금 나노입자를 연구함. UIC의 Reza Shahbazian-Yassar가 이끄는 연구팀은 DOE Office of Science 사용자 시설인 아르곤 연구소의 CNM (Center for Nanoscale Materials)을 이용하여 산화 과정에서 입자의 구성과 촉매반응에서 얼마나 효과적인지를 관찰하고 이해함.

이 연구의 수석 과학자인 UIC의 과학자 Bob Song은“CNM에서 가스 흐름 투과 전자 현미경 (TEM)을 사용하면 실시간으로 전체 산화 과정을 매우 높은 해상도로 포착 할 수 있었고, 고 엔트로피 합금 나노입자가 일반 금속입자보다 산화에 훨씬 더 잘 저항 할 수 있다는 것을 발견했다."고 말함.

TEM을 수행하기 위해 과학자들은 나노입자를 질화규소 막에 삽입하고 입자 위의 채널을 통해 다양한 유형의 가스를 흘려, 입자와 가스 사이의 반응을 조사하여 낮은 산화 속도와 특정 금속(철, 코발트, 니켈 및 구리)이 공정 중에 입자 표면으로 이동하는 것을 보여줌.

이 연구를 통해 연료 전지, 리튬-공기 배터리, 슈퍼 커패시터 및 촉매 재료와 같은 많은 에너지 저장 및 변환 기술에 도움이 될 수 있고, 나노입자는 내 부식성 및 고온 재료를 개발하는 데에도 사용될 수 있음.