나노기술 및 정책 정보

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교토(京都)대학 대학원 이학연구과, 신슈(信州)대학 첨예영역융합연구그룹 첨예재료연구소, 나고야(名古屋)대학 대학원 공학연구과, 큐슈(九州)대학 대학원 공학연구원 등의 공동 연구그룹이 자동차 배기가스 정화에 가장 우수한 성능을 가진 로듐(Rh)을 능가하는 높은 내구성을 갖는 다원소 나노 합금 촉매를 개발함.

Rh는 산업 상 중요한 전략 원소이며, 질소 산화물(NOx)을 유일하게 정화할 수 있어 생산량의 90% 이상이 자동차의 배기가스 정화용 촉매에 사용되고 있음. 희귀한 Rh에 대한 수요가 매우 높아 1g에 약 76,000엔을 기록했으며, 자동차 산업계에서는 더 저렴하면서도 Rh에 필적하는 성기능을 가진 새로운 물질의 개발이 요구되고 있음.

연구진은 과거에 Rh보다 자원량이 풍부한 파라듐(Pd)과 루테늄(Ru)을 원자 수준에서 혼합하는 데 최초로 성공, 자동차 배기가스의 주성분인 NOx 정화에 대한 촉매 활성이 Rh를 능가하는 것을 발견함. 그러나 이 PdRu 나노 합금은 고온 환경에서의 배기가스 정화 반응에서는 구조가 무너져 활성 저하를 일으키는 것이 문제였음.

연구진은 PdRu에 제3의 원소를 추가로 배치함으로써 엔트로피를 증대시켜 고온에서의 고용체 구조를 안정화시킨 나노 합금을 개발하는 데 성공하고, ‘PdRu 이리듐(Ir) 나노 합금’이 PdRu 및 Rh보다 활성 및 내구성이 높은 것을 확인함.

본 연구 성과가 파급됨으로써 보다 저렴하고 고활성·고내구성을 갖춘 배기가스 정화 촉매가 개발·보급되면 향후 환경 파괴의 억제에 공헌할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Advanced Materials(Highly Stable and Active Solid-Solution-Alloy Three-Way Catalyst by Utilizing Configurational-Entropy Effect)에 게재됨.