국내 연구진이 일산화탄소 기체를 이용해 기존에 어려웠던 '불균일' 백금 촉매 활성을 높이는 데 성공했다. 균일·불균일 촉매의 장점만을 구현한 새로운 형태의 촉매 개발이 곧 가능해질 전망이다.
한국연구재단(이사장 노정혜)은 최창혁 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 교수팀과 김형준 한국과학기술원(KAIST) 화학과 교수팀이 일산화탄소로 불균일 촉매 활성을 향상시키는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.
촉매는 균일촉매와 불균일 촉매로 나뉘는데, 각각 장점과 단점이 따로 존재한다. 균일 촉매는 단일 원자 촉매에 다른 원자를 결합한 구조로, 원자 조합 변경이 가능해 촉매 활성 조절이 쉽다. 반면에 촉매와 반응물이 쉽게 섞여 이용후 재활용 회수 공정이 어렵다.
불균일 촉매는 벌크형태의 금속에 촉매를 더한 형태로 회수 공정 적용은 쉽지만 원자 단위의 변경이 어렵다. 학계에서는 균일·불균일 촉매의 장점만 모은 새로운 촉매 구현을 꿈꾸지만 지금까지 제대로 된 성과를 얻을 수 없었다.
연구팀은 일산화탄소를 이용해 불균일 백금촉매에서 활성도를 높이는 현상을 규명, 새로운 촉매 개발의 전기를 마련했다. 일산화탄소는 백금 표면에 강하게 흡착해 촉매 활성을 저해하지만, 균일 촉매에는 오히려 활성 촉진 작용을 한다.
연구팀은 황에 단일원자 백금을 올린 불균일 촉매가 일산화탄소 환경에서 두 배 가까이 촉매 활성 증가를 보이는 것을 확인했다. 분광학 분석 결과 단일 원자 백금과 황의 결합이 일부 끊어지고, 일산화탄소와 새로운 결합을 형성, 전기 특성이 개선되는 것으로 나타났다. 불균일 촉매는 활성도를 높이는 것이 어렵다는 기존 통념을 깬 관측결과다.
연구팀은 이번 성과가 균일·부균일 촉매 시스템의 연결고리를 제시했다고 설명했다.
최창혁 교수는 “균일 촉매에서 보이는 화학 현상에 불균일계 촉매에서 구현하는 시스템을 발견했다”며 “각 장점만 구현한 촉매 개발을 추가로 연구할 것”이라고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
