IBS, 백금 많이 담아도 고르게 분산되는 새로운 촉매 합성법 개발 작성일 11-02 10 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="2XCKBLpXrP"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="01dddf4b7b8c835436803b83caf82572baad3efddcbd777f44b2ed8a97ea4d4b" dmcf-pid="VZh9boUZD6" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="고함량 백금-세리아 촉매의 수전해 장기 구동 성능 및 내구성 평가" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/02/etimesi/20261102114520388odvq.png" data-org-width="700" dmcf-mid="qwdJeO6bIe" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/02/etimesi/20261102114520388odvq.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 고함량 백금-세리아 촉매의 수전해 장기 구동 성능 및 내구성 평가 </figcaption> </figure> <p contents-hash="d774f46f072cdff514d7ead6d4f99995531a24930a8ccd41a5ddb2e7a46238d4" dmcf-pid="fzZRxrfzO8" dmcf-ptype="general">기존 백금 함량 한계를 뛰어넘는 새로운 촉매 합성법이 국내에서 개발됐다. 백금 원자 자리를 미리 설계한 결과다.</p> <p contents-hash="0b8572aa22b695981a1faf7d0c53ee9e31c36cf47d536cb402ef59e0e62a0c6a" dmcf-pid="4q5eMm4qw4" dmcf-ptype="general">기초과학연구원(IBS·원장 장석복)은 현택환 나노입자연구단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수), 성영은 부단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수), 이병훈 교수(고려대 KU-KIST융합대학원 부교수·IBS 나노입자 연구단 연구원) 및 김민호 교수(경희대 응용화학과 교수) 공동연구팀이 백금 원자 위치를 미리 설계해 백금 함량이 14.9%에 달하는 단원자 촉매를 합성하는 데 성공했다고 2일 밝혔다.</p> <p contents-hash="56a12c3b1e1fd3e8aef85535ea1d39603b7fcf820fb0c343b32cad11a01f488c" dmcf-pid="8B1dRs8Bwf" dmcf-ptype="general">백금은 촉매 성능이 뛰어나지만, 가격이 비싸 적은 양으로도 높은 효과를 내는 것이 중요하다. 이에 따라 백금을 큰 입자 대신 원자 하나씩 분산시켜 반응에 더 많이 활용하는 '단원자 촉매'가 주목받아 왔다.</p> <p contents-hash="b4a6e91080d3dbbeb3e2625df9e1f4f99dbc0f81050fb2ca52990a15a3f336d1" dmcf-pid="6btJeO6bsV" dmcf-ptype="general">그러나 백금 함량을 높이면 원자들이 서로 가까워져 뭉치기 쉽고, 고온에서는 원자가 이동하면서 더 큰 입자로 성장할 수 있다. 이를 막기 위해 원자들을 충분히 멀리 떨어뜨려 놓는 기존 방식은 백금 함량이 대체로 1% 미만에 머무르는 한계가 있었다.</p> <p contents-hash="f6aedba6215641b27555cbe40e0e447c9df64ffc3b07554e96de883ebeab8c09" dmcf-pid="PKFidIPKD2" dmcf-ptype="general">연구진은 촉매를 만들기 전부터 백금 원자 위치·결합을 설계하는 '망상 배위' 전략을 개발했다. 산화물이 만들어지기 전 단계에서부터 원자를 고정하는 방식이다. 이를 위해 금속과 유기물이 연결돼 규칙적인 그물 구조를 이루는 '금속-유기 골격체'를 출발 물질로 활용하고, 이 구조 안에 있는 세륨과 산소로 이루어진 원자 집합체에 백금 원자를 하나씩 고정했다. 이후 열처리를 통해 전체 구조를 세륨 산화물인 '세리아'로 바꿨다. 마치 지정석에 한 명씩 앉히듯, 촉매가 만들어지기 전에 백금 원자의 자리를 미리 정해 둔 것이다.<br></p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="4daec9ff0ca077397a584bbda94c7cd5ea3c6355a79c34d514f4a4bb6c18e2ee" dmcf-pid="Q93nJCQ9r9" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="망상 배위 전략을 이용한 고함량 백금 단원자 촉매의 합성 모식도 및 전자 현미경 사진" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/02/etimesi/20261102114521639nlfw.png" data-org-width="700" dmcf-mid="9ac3tPGhrQ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/02/etimesi/20261102114521639nlfw.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 망상 배위 전략을 이용한 고함량 백금 단원자 촉매의 합성 모식도 및 전자 현미경 사진 </figcaption> </figure> <p contents-hash="78c62c5c1900c10a2258a2afe97bf60287c2d467ba6a8ed70c4e0a3306930d03" dmcf-pid="x20Lihx2mK" dmcf-ptype="general">이렇게 만들어진 촉매는 전체 무게의 14.9%를 백금으로 채우면서도 원자들이 낱개로 분산된 상태를 보였다. 또한 촉매의 안정성을 확인하기 위해 수소 환경에서 300~500도 고온으로 처리한 결과, 백금 원자들이 아주 작은 군집을 형성했지만 큰 입자로 성장하는 현상은 억제됐다. 백금과 세리아 사이의 강한 결합이 고온 처리 이후에도 백금의 성장을 제한한 것이다.</p> <p contents-hash="df792fdbca584b23ac3b675e8efd57c12b83f6ca67bb7ccabbbd16fddf2a1dc0" dmcf-pid="yON1Z4yOwb" dmcf-ptype="general">이어 연구진은 고온 처리한 백금 촉매를 물을 전기로 분해해 수소를 만드는 고분자전해질막 수전해 장치에 적용했다. 500시간 동안 운전한 결과, 촉매의 구조적 안정성이 유지됐다. 전극에 사용한 백금량은 기존 상용 촉매보다 약 63% 적었고, 성능 저하를 나타내는 전압 상승 속도도 약 4분의 1 수준이었다. 새로운 합성법으로 만든 촉매가 적은 양의 백금으로도 안정적으로 작동할 수 있음을 보여준 결과다.</p> <p contents-hash="cc7b5bc25bdaca5809a4b88366698ee90a8163ce8ad6255f0f63df15faadfdec" dmcf-pid="WIjt58WIwB" dmcf-ptype="general">공동 교신저자인 이병훈 교수는 “백금뿐 아니라 이리듐과 로듐에도 적용할 수 있어, 다양한 귀금속 촉매를 개발하는 합성 전략으로 활용될 수 있다”고 말했다.</p> <p contents-hash="f2be0e8fea77db1e4762cea4291b60fd46968643154c7099c9cbe9eecfe848d6" dmcf-pid="YCAF16YCmq" dmcf-ptype="general">현택환 단장은 “향후 화학 원료 생산과 자동차 배기가스 정화 등 다양한 분야로 적용을 넓혀, 귀금속을 효율적으로 사용하면서 오래 작동하는 촉매를 개발하는 데 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.</p> <p contents-hash="c441baf3d18ec356fdbd5cc776f80b551103eb08ae8e86c44f77787f2d97c814" dmcf-pid="Ghc3tPGhmz" dmcf-ptype="general">연구 결과는 국제학술지 '네이처 신세시스' 온라인판에 지난달 22일 게재됐다.</p> <p contents-hash="ce3ca4163f3c33b2ac48e80529fe111f0f14592fac9f4a1931d7ec8e4ff5e758" dmcf-pid="Hlk0FQHlD7" dmcf-ptype="general">김영준 기자 kyj85@etnews.com</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 전자신문. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 [e모션] 우승 후보도 짐 쌌다…'롤드컵' 8강, 스위스 승리 공식 통할까 11-02 다음 피지컬AI·에이전틱AI 표준선점 논의...글로벌전문가 1000명 집결 11-02 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
