나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 다롄(大連) 화학물리 연구소 산하 "금속 촉매 디자인 및 선택 산화 연구그룹" 황자후이(黃家輝) 연구원 연구팀은 "촉매 및 신소재 연구센터"의 차오보타오(喬波濤) 연구원 연구팀, 옌산(燕山) 대학교 쑨커(孫科) 교수 연구팀과 공동 연구를 실행하고 금 촉매 연구 분야에서 혁신성과를 취득하여 높은 활성 및 높은 안정성을 동시에 보유한 나노 금 촉매 합성 방법을 개발하는데 성공.

일반적으로 금속 탑재체의 강한 상호 역할, 산화물 소포, 분자체 채널(molecular sieve channel) 제한 등 다양한 방식을 통해 나노 금촉매 안정성을 대폭 개선시키고 있지만 이런 방법들은 부분적인 활성 위치 점을 희생시키고 있기 때문에 나노 금촉매의 촉매 반응 활성이 비교적 취약한 것으로 나타나고 있음.

연구팀은 이번 연구를 통해 공통 침전(沉淀) 방식을 통해 금과 실리콘 전구체를 함께 산화티타늄 지지체 표면에 로드시키고, 고온 베이킹을 통해 산화 실리콘 수정을 거친 나노 금 촉매를 개발하였는데 이런 방법은 금 물질 품종과 산화 실리콘 물질 품종의 원자 레벨 혼합을 실현한 동시에 그 후의 베이킹 과정을 통해 산화 실리콘 박막을 코팅한 나노 금 촉매를 형성하며 두께를 몇 개 원자층 수준에 도달시키는 것으로 나타났음.

연구팀이 개발한 촉매는 매우 높은 소결 저항 성능을 보유하고 있는데 800℃에 달하는 고온 베이킹을 거친 후 금 입자 사이즈를 6nm 정도로 유지하는 것으로 나타난 동시에 동 촉매는 매우 높은 반응 활성을 보유하고 있으며 CO는 0℃에서 완전히 산화되는 것으로 나타났음.

연구팀은 관련 실험과 이론 계산을 통해 산화실리콘 소포는 금 입자의 성장을 억제하는 동시에 얇은 층 산화 실리콘과 금 입자가 형성한 풍부한 Au-O-Si 결합은 CO 산화 반응 과정 속에서 산소 흡착과 활성화를 추진하며 촉매제로 하여금 매우 높은 촉매 반응 활성을 보유할 수 있도록 한다는 점을 입증하였음.

연구팀이 이번 연구를 통해 취득한 혁신성과는 높은 안정성 및 높은 활성을 보유한 신형 나노 금 촉매를 개발하는데 필요한 새로운 아이디어를 제공해 주고 있음.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ (Boosting the catalysis of gold by O2 activation at Au-SiO2 interface)지에 게재됨.