"변하지 않는다던 촉매가 변했다"…백금 성능 높이는 '모양 변화' 포착[과학을읽다] 작성일 09-07 45 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">UNIST·서울대, 지지체 결정면 따라 구조 재편…활성화에너지 최대 25.6% 낮춰</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="7GwGSg2uNR"> <p contents-hash="8f21c7bed03a31f73debbb85ea10bd9af62aebde197aee445ce1ffd19062fc6a" dmcf-pid="zHrHvaV7AM" dmcf-ptype="general">화학반응을 돕지만 자신은 변하지 않는다고 알려진 촉매가 실제 반응 과정에서는 모양을 바꾸며 성능까지 달라진다는 사실이 국내 연구진에 의해 규명됐다. 백금 입자가 어떤 결정면 위에 놓이느냐에 따라 구조 변화가 달라졌으며, 특정 결정면에서는 반응 후 필요한 에너지가 최대 25.6% 낮아졌다.</p> <div contents-hash="6a472fe675455f34db76e945163cdfb670786560e671e29882ebc0d14455dc32" dmcf-pid="qXmXTNfzax" dmcf-ptype="general"> <p>UNIST는 에너지화학공학과 안광진 교수팀과 서울대 재료공학부 한정우 교수팀이 백금(Pt)을 올려놓는 지지체의 결정면(facet)이 반응 전후 백금 입자의 형태와 촉매 성능을 좌우한다는 사실을 규명했다고 7일 밝혔다.</p> </div> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="9a6eb60c30e67c7e897354b9fec5eb3947a5fd0e6ae70a7d539a104e9dcf21e2" dmcf-pid="BZsZyj4qkQ" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="산화티타늄 결정면에 따른 백금 나노입자의 구조 변화 모식도. (001) 면에서는 반응 후 백금과 산화티타늄의 접촉이 넓어져 산소 활성화와 촉매 반응성이 높아지는 반면, (101) 면에서는 백금 입자가 상대적으로 독립적인 구조를 유지한다. 연구진 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/akn/20260907080150552yulk.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="U6ahrRu5Nd" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/akn/20260907080150552yulk.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 산화티타늄 결정면에 따른 백금 나노입자의 구조 변화 모식도. (001) 면에서는 반응 후 백금과 산화티타늄의 접촉이 넓어져 산소 활성화와 촉매 반응성이 높아지는 반면, (101) 면에서는 백금 입자가 상대적으로 독립적인 구조를 유지한다. 연구진 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="f882fa6f30468fe3cd739038652039cef12bfa1f8aab82505a491ef89b55d914" dmcf-pid="bjPjnbYCgP" dmcf-ptype="general">백금은 자동차 배기가스 정화부터 수소 연료전지까지 다양한 화학반응에 쓰이는 대표적인 촉매다. 값비싼 귀금속인 만큼 나노미터 크기의 입자로 만들어 이산화티타늄(TiO₂) 같은 지지체 위에 분산시켜 사용한다.</p> <p contents-hash="8780fc950dc80f9eea92cb571911cb7f25947dbe6d954e30b7e2a3e5d1587f22" dmcf-pid="KAQALKGhc6" dmcf-ptype="general">연구팀은 일산화탄소(CO)를 이산화탄소(CO₂)로 바꾸는 반응을 분석했다. 그 결과 이산화티타늄의 (001) 결정면에서는 백금이 물방울처럼 넓게 퍼져 지지체와 접촉했다. 반응이 시작되면서 백금 표면의 구조가 변했지만 넓은 접촉면은 유지됐고, 첫 반응을 거친 뒤 활성화에너지가 처음보다 22.7~25.6% 낮아졌다. 활성화에너지가 낮을수록 화학반응은 쉽게 일어난다.</p> <p contents-hash="a9421c089a7ad8f3b42a9be95f998845c763a4b30a0462856c15e4ba36a715bd" dmcf-pid="9cxco9Hlc8" dmcf-ptype="general">반면 (101) 결정면에서는 백금이 공처럼 뭉쳐 지지체와 접촉하는 면적이 좁았다. 반응 후에는 원자 배열이 더 정돈된 각진 형태로 재배열됐으며, 반복 반응에서도 활성화에너지는 거의 달라지지 않았다.</p> <p contents-hash="96210bf559b0716f8b9ac98be4e9a512502af20c1f5e6c02e504ff14f6149388" dmcf-pid="2kMkg2XSN4" dmcf-ptype="general"><strong><strong><strong>촉매 '처음 모습' 넘어 '작동 중 변화'까지 설계</strong></strong></strong></p> <div contents-hash="3e4e8967a2375ef717daf33f2e812486a38fbb2b89559a92f457386cca841e7c" dmcf-pid="VEREaVZvgf" dmcf-ptype="general"> <p>연구팀은 전자현미경과 X선 흡수분광법 등을 이용해 반응 전후 백금 입자의 구조와 원자 결합 상태를 추적했다. 시뮬레이션에서도 (001) 결정면 위 백금이 지지체와 넓게 맞닿은 구조로 안정되면서 반응에 필요한 에너지 장벽이 낮아지는 것으로 나타났다.</p> </div> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="9ff5532b29f3bac0e4fc42dc05056334fb520ecbfeb9f743d4f495440e237c9d" dmcf-pid="fDeDNf5TcV" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="연구진 사진. (좌측부터) 안광진 UNIST 교수, 한정우 서울대 교수, 윤신명 한국화학연구원 선임연구원, 김지훈 UNIST 연구원, 김윤경 서울대학교 연구원. UNIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/akn/20260907080151906mmbs.jpg" data-org-width="745" dmcf-mid="uaFfBWAiAe" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/07/akn/20260907080151906mmbs.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 연구진 사진. (좌측부터) 안광진 UNIST 교수, 한정우 서울대 교수, 윤신명 한국화학연구원 선임연구원, 김지훈 UNIST 연구원, 김윤경 서울대학교 연구원. UNIST 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="3676db9f4534eb3b51d754635d3ad8aaa31816a688d8af2ed5261da3bfd693d0" dmcf-pid="4wdwj41yc2" dmcf-ptype="general">이번 연구는 촉매의 초기 구조뿐 아니라 실제 작동 과정에서 어떻게 구조가 변하는지까지 고려해야 한다는 새로운 촉매 설계 원리를 제시했다. 이를 활용하면 값비싼 백금 사용량을 줄이면서 반응성과 내구성을 높이는 촉매 개발에도 도움이 될 것으로 연구팀은 기대했다.</p> <p contents-hash="dc5f9a6c24ac032b8ba70b9853a945e414f9e2c71cc5b6bed6e0e4859f98e5a7" dmcf-pid="8rJrA8tWN9" dmcf-ptype="general">안 교수는 "촉매는 반응 중 변하지 않는 물질로 알려졌지만 정확히는 소모되지 않을 뿐 작동 중에는 형태와 구조가 달라질 수 있다"며 "반응 중 촉매가 어떻게 달라질지까지 고려해야 한다는 새로운 설계 방향을 제시했다"고 말했다.</p> <p contents-hash="ca8969609f9a6c75b7f98bb41b592346832d791ba7d15da006d2df9f7032093f" dmcf-pid="6mimc6FYkK" dmcf-ptype="general">이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난달 8일 온라인 게재됐다.</p> <p contents-hash="eb099b12c40cf011a7ab6a9bbdefcc30d9d0437066c9a4487ed5fe16bfe87ec3" dmcf-pid="PsnskP3GAb" dmcf-ptype="general">김종화 기자 justin@asiae.co.kr</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 아시아경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 서울시 '서울런', 4.4만명 가입…대학 합격자 2840명 배출 09-07 다음 포유디지탈, 전국 7개 서비스 거점 구축…공공조달 사후관리 강화 09-07 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
