나노기술 및 정책 정보

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독일의 보훔 루르 대학교(Ruhr-Universität Bochum) 연구팀은 물 분자가 산화 반응에 필요한 산소 해리를 촉진하는 데 중요한 역할을 하는 것을 밝힘. 이는 금속 산화물에 분산된 금 나노 입자로 만들어진 나노 촉매는 산업적으로 알코올을 포함한 화합물을 선택적으로 산화시켜 귀중한 화학 물질로 변환시키는 데 매우 유망하고, 이들은 특히 수용액에서 높은 촉매 활성을 나타내는 이유를 설명함. 지금까지 대부분의 산업 산화 공정에는 독성 또는 쓸모없는 부산물을 생성하는 염소 또는 유기 과산화물과 같은 약제의 사용이 포함되어 왔음. 이러한 방법 대신, 산소 분자 O2를 사용하고 분자 산소를 분리하여 특정 생성물을 생성하는 데 필요한 산소 원자를 얻는 것이 더 친환경적이고 매력적인 솔루션이 됨. 이 접근법의 유망한 촉매는 금속 산화물 티타니아 (TiO2)가 금의 나노 입자를 지지하는 금/금속 산화물(Au/TiO2) 시스템임. 이들 나노 촉매는 특히 분자 수소, 일산화탄소 및 알코올의 선택적 산화를 촉매 할 수 있음. 일반적으로 모든 반응의 중요한 단계는 높은 에너지 장벽을 구성하는 O2의 분리임. 그리고 반응이 수용액에서 일어나기 때문에 이 반응 공정에서 알려지지 않은 결정적인 것은 물의 역할임. 연구팀은 수용액 상에서 산소 해리로 이어지는 전하 이송 공정에 물분자가 적극적으로 참여하는 산화 반응을 지속적으로 연구해 옴. 이번에 연구팀은 용매화가 금/금속 산화물(Au/TiO2) 나노 촉매에서 분자 산소 (O2)의 활성화를 촉진한다는 사실을 밝혀냈음. 실제로 물 분자는 O2 해리에 대한 에너지 장벽을 줄이는 데 도움이 되며, 용매가 기체상에 비해 에너지 비용을 25 % 낮춘다고 정량화 했음.

본 연구 성과는 ‘ACS Catalysis’ ("Solvation-enhanced oxygen activation at gold/titania nanocatalysts") 지에 게재됨.