나노기술 및 정책 정보

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□ 주요 내용

○ 코크스(Coke) 현상은 촉매제가 촉매 반응 과정에서 발생시키는 일반적인 현상에 속하며 특히 에틸벤젠(Ethylbenzene)의 직접 탈수소화 시스템 속에서 반응물질인 에틸벤젠 분자는 금속 산화물 촉매제 표면에 쉽게 코크스를 생성시켜 촉매제의 불활성화를 유발시키게 된다.

○ 중국과학원 금속 연구소 산하 '선양(瀋陽) 재료과학 국가(연합) 실험실' 소속 '촉매 재료 연구부' 류훙양(劉洪陽) 연구원, 수당성(蘇黨生) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 에틸 벤젠 탈수소 과정 반응 중의 탄소 증착 과정을 이용하여 일종 팔라듐/탄소 복합체 촉매(Pd/C)를 디자인 하는데 성공하여 이슈가 되고 있다.

○ 연구팀이 디자인한 촉매는 전통적인 상용화 나노 탄소 튜브 로드 촉매(Pd/CNT)에 비해 촉매 성능과 촉매의 소결에 대한 저항 능력이 대폭 향상된 것으로 나타났다.

○ 연구팀의 관련 연구 성과는 레터스 형식으로 Angewandte Chemie International Edition 학술지 온라인 판에 발표되었다.

○ 팔라듐(Palladium)은 일종 중요한 금속 촉매에 속한다. 촉매에 수소, 커플링 반응을 추가하고 독성 기체를 제거하는 등 분야

에서 팔라듐은 중요한 역할을 발휘한다. 팔라듐 나노 입자가 사용 과정에서 발생하는 집중 현상을 억제하기 위해 일반적으로 팔라듐 나노 입자를 모두 특정 캐리어에 로드시킨다.

○ 관련 연구 결과, 탄소 재료는 팔라듐을 로드한 촉매의 중요한 캐리어 중의 하나에 속하는 것으로 나타났다. 하지만 전통적인 Pd/C 촉매는 캐리어와 팔라듐 나노 입자 간의 상호 역할이 비교적 취약하기 때문에 반응 과정에서 팔라듐 나노 입자 손실 혹은 소결에 의한 성장이 발생하게 된다.

○ 류훙양(劉洪陽) 연구원, 수당성(蘇黨生) 연구원 연구팀은 에틸벤젠(Ethylbenzene) 반응 과정에서 생성되는 코크스(Coke)를 이용하여 일종 특수한 구조를 보유한 Pd/C 촉매를 개발하였다.

○ 전자 현미경을 통해 분석한 결과, 동 촉매 속에서 활성 중심 팔라듐 나노 입자를 부분적으로 탄소 로드 속에 삽입시키기 때문에 팔라듐 나노 입자와 로드 간의 상호 역할을 뚜렷이 강화시켜 Pd/C 촉매 안정 성능을 대폭 향상시키는 것으로 나타났다.

○ 관련 실험 결과, 500℃ 온도의 아르곤 하에서 4시간의 처리를 통해 개발한 Pd/C 복합 촉매 속의 팔라듐 나노 입자는 이전하여 성장하는 과정이 발생하지 않지만 전통적인 Pd/CNT 촉매는 동일한 처리 조건 하에서 심각한 소결이 발생하는 것으로 나타났다.

○ 동시에 촉매 액체 위상 탄소-탄소 커플링 반응 속에서 동 Pd/C 복합 촉매도 우수한 순환 사용 성능을 나타내며 기존의 상용화 촉매를 대체할 수 있는 거대한 잠재력을 보유하고 있기 때문에 폭넓고 밝은 응용 전망을 보유하고 있는 것으로 나타났다.

○ 이번 연구는 중국과학원 금속 연구소의 '우수 과학자 프로젝트' 비용, 국가자연과학기금위원회의 '기초과학 연구 프로젝트' 비용, 국가과학기술부의 '중대 기초과학 연구 프로젝트(973 계획)' 비용, 중국석유화학그룹회사의 '중대 연구 프로젝트' 비용 지원을 받아 추진되었다.