국내연구진, 루테늄 촉매 표면 형성 비밀 밝혀

(대전=뉴스1) 이동원 기자 = 한국연구재단은 서강대학교 김현정 교수 연구팀이 KIST(한국과학기술연구원) 지호일·권덕황 박사 연구팀과 공동으로, 결정 내부에서 생겨나 표면으로 자라는 결함인 ‘전위(dislocation)’가 루테늄 금속 원자를 직접 실어 표면까지 운반한다는 사실을 규명했다고 2일 밝혔다.

암모니아 기반 수소 에너지 밸류체인과 고내구성 촉매 개발에 기여할 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부와 연구재단 지원으로 수행된 이번 연구는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈’ 5월 25일 자에 게재됐다.

친환경 수소·암모니아 생산에 필수인 루테늄 촉매는 고가에 내구성 문제도 있다. 연구팀은 페로브스카이트 산화물 입자를 대상으로 ‘결맞은 X선 회절 영상(BCDI)’과 ‘투과전자현미경(TEM)’을 결합해 촉매 입자의 생성 과정을 관찰했다.

관찰 결과 결정 내부의 선형 결함인 ‘전위’가 루테늄 원자를 표면으로 직접 운반하는 ‘운반체’ 역할을 하는 것으로 나타났다. 특히 ‘혼합형 전위’ 끝단에 촉매 입자의 약 75%가 집중 형성됐다.

이 메커니즘은 기존에 원자가 결정 전체를 통과해야 했던 복잡한 이동 과정을 단축하는 ‘지름길’ 효과를 제공한다. 원자가 결함 주변만 이동하면 되기에 촉매 제조가 더 빠르고 효율적으로 가능하다.

이번 기술은 수소 및 암모니아 촉매뿐만 아니라 산화물 소재, 고체 이온 전도체 등 다양한 분야에 응용될 전망이다.

김현정 교수는 “전위 결함을 조절해 촉매 입자 크기와 분포를 정밀 설계할 수 있음을 확인했다”며 “암모니아 기반 수소 에너지 밸류체인과 고내구성 촉매 개발에 크게 기여할 것”이라고 기대감을 밝혔다.

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