나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 다롄(大連, 대련) 화학물리 연구소 산하 "촉매 및 신소재 연구실" 소속 차오보타오(喬波濤, 교파도) 연구원 연구팀은 동 연구소 산하 "촉매 기초 국가 중점 실험실" 소속 리까오(李杲, 이고) 연구원 연구팀과 공동 연구를 통해 금속-캐리어의 강한 상호 작용(SMSI)을 발휘하는 입자 크기 효과를 발견하였음.

연구팀은 Au/TiO2 시스템에서 금속-캐리어의 강한 상호 역할을 발휘하는 입자 크기 효과에 대해 열역학 균형 모델을 구축하여 관련 입자 크기 효과 발생 원인을 해석하였음.

금속-캐리어의 강한 상호 작용(SMSI)은 다상 촉매 분야에서 중요하며, 캐리어 금속 촉매의 안정성과 활성을 보장하는 데 중요한 영향을 미침.

지난 수십 년 간, 백금 족 금속과 환원성 캐리어 간의 SMSI에 대해 많은 연구가 진행되었지만 Au는 자체의 비교적 낮은 활성도와 표면 에너지로 인해 캐리어와 강력한 상호 작용을 나타내지 못하는 것으로 평가 되었음.

최근 몇 년 간 Au와 캐리어의 강한 상호 작용에 대해 몇가지 중요한 진전을 이루었음. 지난 2012년 타이완(臺灣, 대만) 대학교 마오중위안(牟中原, 모중원) 교수 연구팀이 Au와 ZnO 나노 막대 간 존재하는 산화 분위기 유도의 OMSI를 발견한 후 차오보타오(喬波濤, 교파도) 연구원 연구팀은 Au와 비(非) 산화물 캐리어인 하이드록실기 아파타이트 사이에서 산화 분위기를 유도하는 OMSI를 발견하였음. Au와 TiO2 사이의 전형적인 SMSI를 발견하고, 관련 발견을 기반으로 높은 활성과 안정성을 가진 Au 촉매제를 개발하였는데 이런 다양한 연구개발 성과의 취득은 SMSI에 대한 연구인원들의 인식을 개변시킨 동시에 연구인원들이 강한 상호 작용 메커니즘에 대해 한층 더 깊이 이해할 수 있도록 하였음.

연구팀은 다른 입자 크기의 Au/TiO2 촉매를 합성하고, SMSI 현상에 대한 연구를 하였음. SMSI가 발생시키는 온도에서 비교적 큰 NPs가 더 높은 표면 에너지로 인해 입자 크기 효과를 발생시킴.

연구팀은 이번 연구를 통해 최초로 SMSI 중의 입자 크기 효과를 입증하였으며, 연구팀이 취득한 관련 연구개발 성과는 SMSI 현상 및 형성 메커니즘을 제시함으로서 촉매 성능에 대한 조정 제어를 위해 새로운 루트를 제공하였음.

본 연구 성과는 ‘Nature Communication’ ("Size-dependent strong metal-support interaction in TiO2 supported Au nanocatalysts") 지에 게재됨.