KAIST-포항공대 공동 연구…DOC 보다 활성·내구성 높아

[ 시티저널 허송빈 기자 ] KAIST 생명 화학 공학과 이현주 교수와 포항공대 한정우 교수가 공동 연구를 통해 자동차 배기 가스 정화에 사용할 수 있는 분산도 100%의 로듐 앙상블 촉매를 개발했다.

연구팀의 촉매는 자동차 배기 가스 정화 반응에서 시중의 디젤 산화 촉매에 비해 50도 낮은 온도에서 100%의 전환율을 달성하는 성능을 보였다.

연구팀의 앙상블 촉매는 기존의 단일 원자 촉매, 나노 입자 촉매와는 다른 개념으로 금속 앙상블 자리(ensemble site)가 필요한 다양한 분야에 적용 가능할 것으로 기대되고 있다.

KAIST에 따르면 다양한 불균일계 촉매 가운데 귀금속 촉매는 높은 활성을 보이기 때문에 널리 사용되고 있지만, 귀금속의 희소 가치 때문에 사용 효율을 극대화하는 것이 매우 중요하다.

연구팀은 이런 문제 해결을 위해 100%의 분산도를 갖는 로듐 앙상블 촉매를 개발해 자동차 배기 가스 정화 반응에 적용했다. 100%의 분산도를 갖는다는 것은 모든 금속 원자가 표면에 드러나 있기 때문에 모든 원자가 반응에 참여할 수 있다는 의미이다.

이는 단일 원자 촉매도 동일하게 갖는 특징이지만, 앙상블 촉매는 100% 분산도와 더불어 두 개 이상의 원자가 붙어있는 앙상블 자리가 존재한다는 장점 또한 갖고 있다.

그 결과 일산화탄소(CO), 일산화질소(NO), 프로필렌, 프로판 산화 반응에서 모두 우수한 저온 촉매 성능을 보였다.

이는 탄화 수소 산화 반응 성능이 없는 단일 원자 촉매나 낮은 금속 분산도로 저온 촉매 성능이 떨어지는 나노 입자 촉매의 단점을 보완한 것이다.

특히 연구팀이 개발한 분산도 100%의 로듐 앙상블 촉매는 상용화된 디젤 산화 촉매(DOC) 보다 높은 활성과 내구성을 가져 실제 자동차 배기 가스 정화에 적용 가능할 전망이다.

정호진 박사 과정이 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 화학 분야 국제 학술지 미국 화학회지(JACS) 7월 5일자 온라인 판에 게재됐다.

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