비싼 백금 사용량 60% 줄인 새로운 촉매 합성법 작성일 11-02 17 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">IBS</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="ByBnPdtWLo"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="e817e55ba86cc07aa572801d954ed8068dfa0aa7ef1d8eb22122798dd7dad8a1" dmcf-pid="bZfjdgu5LL" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="윗줄 왼쪽부터 현택환 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단장, 성영은 부단장, 이병훈 고려대 KU-KIST융합대학원 교수, 아랫줄 왼쪽부터 정윤·문재호·심재혁 IBS 나노입자연구단 연구원. IBS 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/02/dongascience/20261102141725795uhzw.png" data-org-width="672" dmcf-mid="Y7jCks8Beh" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/02/dongascience/20261102141725795uhzw.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 윗줄 왼쪽부터 현택환 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단장, 성영은 부단장, 이병훈 고려대 KU-KIST융합대학원 교수, 아랫줄 왼쪽부터 정윤·문재호·심재혁 IBS 나노입자연구단 연구원. IBS 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="886c34923840928fbf2dd6414ce80be11f4ac997155e3f62e983c03e4c41dc6f" dmcf-pid="K54AJa71in" dmcf-ptype="general">값비싼 백금 사용량을 60% 이상 줄이면서 수소 생산 내구성을 끌어올릴 수 있는 차세대 촉매 기술이 개발됐다. 다양한 귀금속 촉매를 개발하는 합성 전략에 활용될 것으로 기대된다. </p> <p contents-hash="07cf52bd1aa5b506bf733489cbf5ef70c3bc8f0408a888665e046f063fae361a" dmcf-pid="918ciNztJi" dmcf-ptype="general">기초과학연구원(IBS)은 현택환 나노입자연구단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수), 성영은 부단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수), 이병훈 고려대 KU-KIST융합대학원 교수, 김민호 경희대 응용화학과 교수 공동연구팀이 백금 사용량을 줄이면서도 백금 함량이 14.9%에 달하는 단원자 촉매를 합성하는 데 성공했다고 2일 밝혔다. </p> <p contents-hash="3b9ab53ea205e5067cd0983a258eee02c57fc86441cfa5e5343aa5e3d8cea2a5" dmcf-pid="2t6knjqFeJ" dmcf-ptype="general">촉매는 수소 생산, 자동차 배기가스 정화 등 다양한 화학반응을 돕는 물질이다. 백금은 촉매 성능이 뛰어나지만 가격이 비싸 적은 양으로 높은 효과를 내는 것이 중요하다. 백금 원자들이 뭉친 큰 입자 대신 원자를 하나씩 분산시켜 모든 원자가 반응에 활용되도록 만드는 단원자 촉매가 주목받고 있다. </p> <p contents-hash="77b51898280fd9057251bd988dcf7f47edec0d10082a86557811bee1143e995c" dmcf-pid="VFPELAB3Jd" dmcf-ptype="general"> 백금 함량을 높이면 원자들이 서로 가까워져 뭉치기 쉽고 고온에서는 원자가 이동하면서 더 큰 입자로 성장할 수 있다. 백금 원자들을 충분히 떨어뜨려 놓을 수 있는 기존 방식은 대체로 백금 함량 1% 미만에서만 가능하다. 높은 백금 함량과 고른 분산을 함께 달성하기 어렵다는 것이다. </p> <p contents-hash="7bdc606800c80f62355738c690c18f3c6e1bfbef7418f69e8cf3efed4e806147" dmcf-pid="f3QDocb0Me" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 촉매를 만들기 전부터 백금 원자의 위치와 결합을 설계하는 ‘망상 배위’ 전략을 개발했다. 기존에는 완성된 산화물 표면에 백금을 붙였지만 연구팀은 산화물이 만들어지기 전 단계에서 원자를 고정했다. 금속과 유기물이 연결돼 규칙적인 그물 구조를 이루는 ‘금속-유기 골격체’를 출발 물질로 활용하고 이 구조 안에 있는 세륨과 산소로 이뤄진 원자 집합체에 백금 원자를 하나씩 고정했다. 이후 열처리를 통해 전체 구조를 세륨 산화물인 ‘세리아’로 바꿨다. </p> <p contents-hash="359d1307ef23c3a543e2776f0513553c7455d99794fc4b90fc9416785095d91d" dmcf-pid="40xwgkKpiR" dmcf-ptype="general"> 이렇게 만들어진 촉매는 전체 무게의 14.9%를 백금으로 채우면서도 백금 원자들이 낱개로 분산된 상태를 보였다. </p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="fedc211d455ebb8fc36501a650cc9ed0a59e6883cd85b6ff499902d2528c5188" dmcf-pid="8pMraE9URM" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="망상 배위 전략을 이용한 고함량 백금 단원자 촉매 합성 모식도 및 전자 현미경 사진. IBS 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/02/dongascience/20261102141727088wvoh.png" data-org-width="680" dmcf-mid="GvxciNztnC" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/02/dongascience/20261102141727088wvoh.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 망상 배위 전략을 이용한 고함량 백금 단원자 촉매 합성 모식도 및 전자 현미경 사진. IBS 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="928327ed7b5f6e567d48dc50c8de53327e93159f77f239df49a51235b67433cf" dmcf-pid="6URmND2uMx" dmcf-ptype="general">촉매 안정성도 확인됐다. 수소 환경에서 300~500℃ 고온으로 처리한 결과, 백금 원자들이 아주 작은 군집을 형성했지만 큰 입자로 성장하지는 않았다. 백금과 세리아 사이의 강한 결합이 고온 처리 후에도 백금 성장을 제한했다. </p> <p contents-hash="f62de624c4f297ab528724ced5dfd5b8a6cbec5cc2f423726ba27710d7232e46" dmcf-pid="PuesjwV7JQ" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 물을 전기로 분해해 수소를 만드는 고분자전해질막 수전해 장치에 고온 처리한 백금 촉매를 적용했다. 500시간 동안 운전한 결과, 촉매의 구조적 안정성이 유지됐다. 전극에 사용한 백금량은 기존 상용 촉매보다 약 63% 적었고 성능 저하를 나타내는 전압 상승 속도는 기존 대비 4분의 1 수준이었다. </p> <p contents-hash="102ed9c0aa804fa0d5c6c1ea20d3cea2957f9d16238e79c48bc809a3915b020b" dmcf-pid="Q7dOArfzJP" dmcf-ptype="general">이 교수는 “이번 연구의 핵심은 촉매를 만들기 전부터 금속 원자의 자리를 정하고 결합을 설계해 촉매의 높은 금속 함량과 안정성을 함께 확보한 것”이라며 “백금뿐 아니라 이리듐과 로듐에도 적용할 수 있어 다양한 귀금속 촉매를 개발하는 합성 전략으로 활용될 수 있다”고 말했다.</p> <p contents-hash="a897441f909618cc3794a8ae612b8faebe65f90168d3b1a64f2e2f203d86ff58" dmcf-pid="xzJIcm4qe6" dmcf-ptype="general"> 현 단장은 “수소 생산 장치에서 확인한 성과는 이번 합성 전략의 활용 가능성을 보여주는 한 사례”라며 “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. 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 신세시스’ 온라인판에 지난달 22일 게재됐다.</p> <p contents-hash="39b29676afb4073c0a88d629682d7485e7f6b5dff56e321d232b52adf34d33e6" dmcf-pid="yBnhEO6bn8" dmcf-ptype="general"><참고 자료> <br> doi.org/10.1038/s44160-026-01204-3</p> <p contents-hash="aec2d53a170aa8f8554db1cb631bc50d64ea031eca191598c3b530ddea7358ae" dmcf-pid="WbLlDIPKd4" dmcf-ptype="general">[문세영 기자 moon09@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 방미통위 세종 이전에 노조 반발…"직원 협의부터 다시 해야" 11-02 다음 굿바이 3G…SKT 이어 KT도 신규가입 중단 11-02 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
