KAIST 등, '대기 오염 저감' 위한 신개념 원자 촉매 설계제시

작성일 07-22

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
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          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="ff376e95f7d23c883de1a496d0e0602a6eb3a055346d23c59d37436097cb42ad" dmcf-pid="P043cDZwr7" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="(PtSe₂ 모식도와 전자현미경 이미지" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/22/etimesi/20250722100806139obte.jpg" data-org-width="649" dmcf-mid="8sWEKVNfwq" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/22/etimesi/20250722100806139obte.jpg" width="658"></p>
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            (PtSe₂ 모식도와 전자현미경 이미지
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          <p contents-hash="1798cb00617d2ca4ad90350ea6cd684174293ce1858838d8995a691df91024bc" dmcf-pid="Qp80kw5rsu" dmcf-ptype="general">한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)이 백금 셀레나이드(PtSe₂) 표면에 존재하는 원자 수준 백금이 기체 반응 촉매로 기능할 수 있다는 새로운 설계 개념을 제시했다. 고효율 이산화탄소(CO₂) 전환, 일산화탄소(CO) 저감 등을 위한 차세대 기체상 촉매 기술 가능성을 입증했다.</p>
          <p contents-hash="958ec72600f0358aa6e855614214780186c50e2f957ddb793635399d613f64b3" dmcf-pid="xU6pEr1mIU" dmcf-ptype="general">KAIST는 박정영 화학과 석좌교수팀이 김현유 충남대 교수, 정연웅 미국 센트럴플로리다대(UCF) 교수팀과 공동연구로 이차원 전이금속 칼코겐화합물인 PtSe₂ 표면에 노출된 백금 원자를 활용해 우수한 CO 산화 성능을 구현하는 데 성공했다고 22일 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="3badf398ef9bcd1255a0f41d96b2e6122d36c4aa5e102a505a3656d2f3c0675a" dmcf-pid="yASjzbLKwp" dmcf-ptype="general">연구진은 촉매 성능을 극대화하기 위해 기존 백금 덩어리 촉매 형태에서 백금 원자가 고밀도로 표면에 분산되도록 해, 더 적은 백금으로 더 많은 촉매반응을 유도했다. 표면 전자 구조를 제어해 백금과 셀레늄 사이 전자 상호작용을 활발하게 일어나도록 유도했다. 이 과정으로 제작된 수 나노미터 두께 PtSe₂ 박막은, 동일 조건에서 일반 백금 박막보다 전 온도 범위에서 더 우수한 CO 산화 성능을 나타냈다.</p>
          <p contents-hash="3af848b7fa146ae09e1628981b6bf9d1569df371dc5e7bec24db6be54dd4346e" dmcf-pid="WcvAqKo9E0" dmcf-ptype="general">특히 표면에서는 CO와 산소가 골고루 비슷한 비율로 흡착돼 서로 반응할 기회가 높아졌고 촉매 반응이 크게 향상됐다. '셀레늄 결손(Se-vacancy)'으로 표면 백금 원자들이 드러나면서 기체들이 붙을 수 있는 흡착점도 늘어났다는 점이 핵심이다.</p>
          <p contents-hash="be2e471cd6b77523c07bec42936f7744d75a01fbd0fe70a8afd4e7db9385b388" dmcf-pid="YkTcB9g2D3" dmcf-ptype="general">연구진은 해당 백금 원자들이 실제 반응 과정에서 흡착점으로 작용했다는 사실을 포항가속기연구소에서 수행된 상압 엑스선 광전자분광(AP-XPS) 분석으로 실시간 확인했다. 이런 고정밀 분석은 1나노미터 수준 표면을 상압 환경에서 관찰할 수 있는 고도 장비 덕분에 가능했다. 동시에 컴퓨터 시뮬레이션 (밀도범함수이론) 계산으로, PtSe₂가 일반 백금과는 다른 전자 흐름 특성을 가짐을 입증했다.</p>
          <p contents-hash="dc6bbd8606ac176d4f0599855a3bc720d299fd57e8212bb9a542d4aa9d69b7d4" dmcf-pid="GEykb2aVDF" dmcf-ptype="general">박정영 교수는 “백금과 셀레늄 사이 전자적 상호작용이 CO와 산소를 균형있게 흡착하는 반응 조건을 만들었고 기존 백금보다 전체 온도내에서 반응성이 높도록 설계해 실제 적용성이 향상되게 했다”며 “이로써 원자 단위 설계, 2차원 물질 플랫폼, 흡착 조절 기술 등을 통해 고효율 촉매 반응 메커니즘을 구현할 수 있었다”고 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="b928b40c3565064236637e15e5dd6c1d6876aaf808cea884f2ec024887fda2f0" dmcf-pid="HDWEKVNfrt" dmcf-ptype="general">이번 연구는 KAIST 화학과의 한규호 박사, 최혁 충남대 신소재공학과 박사, 김종훈 인하대 교수가 공동 제1 저자로 참여했으며, 네이처 커뮤니케이션즈에 지난 3일자로 게재됐다.</p>
          <p contents-hash="d3dd362fccae5918b45722decaf8f63cd239c898563bbb134a235cb58c7a5d6c" dmcf-pid="XwYD9fj4O1" dmcf-ptype="general">과학기술정보통신부 중견연구자지원사업과 교육부의 중점연구소사업, 국가전략기술소재개발사업, 미국 국립과학재단(NSF) CAREER 프로그램, 인하대 연구비, UCF 박사후연구자 프로그램(P3) 지원을 받아 수행됐으며, 포항가속기연구소 및 한국기초과학지원연구원(KBSI) 협조로 가속기 기반 분석이 진행됐다.</p>
          <p contents-hash="2f1dfcd09b8e5a3f907e4bde161726ebf06221f116250109c4bd0fd1869584cb" dmcf-pid="ZrGw24A8m5" dmcf-ptype="general">김영준 기자 kyj85@etnews.com</p>
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        <p class="" data-translation="true">Copyright © 전자신문. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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