KAIST, 촉매 반응 활성도 정량적 분석 가능한 측정플랫폼 개발

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = KAIST 신소재공학과 정우철 교수 연구팀이 금속 나노촉매의 활성도를 신뢰성 있게 분석하는 새로운 플랫폼을 개발했다.

이는 빅데이터 기반 촉매설계의 종합 솔루션을 제공해 향후 에너지 저장 및 환경 관련 사업에 활용 가능할 것으로 기대된다.

28일 KAIST에 따르면 금속 나노입자 촉매는 매우 적은 양으로 우수한 촉매 활성을 보일 수 있다는 가능성으로 에너지·환경 등 여러 분야에서 큰 관심을 받고 있다.

하지만 나노입자로 구성된 촉매 소재는 높은 작동온도에서 서로 응집되는 특성이 있으며, 이는 결과적으로 촉매 활성을 저해하는 한계로 작용한다.

또, 실제 반응 작동 환경에서 금속 입자 촉매의 구체적인 반응 활성 지점이 어디인지 등을 파악하는 데 한계가 있었다.

이에 연구팀은 균일한 크기로 금속 나노입자 촉매를 합성해 입자의 구조를 제어하는 데 성공했다.

이어 이를 산화물 막으로 감싸는 코팅기술을 적용해 고온에서 나노입자가 응집되는 현상을 해결했다.

나아가 △3차원 전자 단층촬영 기법 △스케일링 관계식 △밀도범 함수 이론을 적용하고 이를 다양한 조건에서 측정한 반응성과 연계시킴으로써 구체적인 반응 지점 및 활성을 규명했다.

연구팀은 이번 연구에서 대표적 귀금속 촉매인 백금과 고온 촉매 반응인 메탄산화반응을 활용했다.

하지만 이번에 개발된 기술은 향후 소재 종류 및 반응 종류에 상관없이 다양한 분야에 폭넓게 응용 및 적용될 수 있다.

정우철 교수는 “앞으로 우수한 복합촉매 소재 선별 등 촉매설계 종합 솔루션을 제공하는 데 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 재료화학분야 국제 학술지 ‘켐’ 23일자 온라인판에 게재됐다.

km5030@news1.kr