국내 연구진이 일산화탄소, 질소산화물, 황산화물 등 유해물질의 분해효율을 높일 수 있는 과학적 원리를 규명했다.
교육과학기술부와 한국연구재단은 박정영 KAIST 교수와 캄란 카디르 박사과정생 등이 참여한 연구팀이 나노입자의 산화막이 얇을수록 촉매활성도가 높아진다는 사실을 입증했다고 11월8일 발표했다.
나노촉매는 표면적이 넓은 산화물에 나노미터(㎚ㆍ10억분의1ｍ) 크기의 금속입자가 분산된 형태의 재료로, 기체를 분해해 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등 유해물질을 물, 탄산가스 등 무공해 물질로 바꾸는 친환경 화학공정에 사용되고 있다.
적은 양의 나노촉매로 많은 기체를 분해하려면 나노입자 표면 산화막이 중요하다는 사실은 널리 알려졌지만 아직 과학적으로 증명된 적은 없다.
연구팀은 해당물질에 엑스레이를 쬐어 표면의 산화상태를 분석하는 <상압 엑스선 광전자 분광법>을 이용해 촉매 환경에서 나노입자의 산화상태를 정확히 측정해냈다.
2.8㎚와 6㎚의 루테늄 나노입자 2개를 만들어 단층으로 표면에 붙이고 온도와 압력을 바꿔가며 측정한 결과, 크기가 큰 루테늄 나노입자의 얇은 산화막이 촉매의 활성도를 높이며 산화상태에 따라 활성도 제어도 가능하다는 것을 입증했다.
박정영 교수는 “연구는 촉매활성도를 극대화하는 원리를 밝혀내 앞으로 환경오염의 주원인이 될 수 있는 촉매물질의 사용을 획기적으로 줄이는데 기여할 것”이라고 기대했다.
연구성과는 나노분야의 권위지인 나노 레터스(Nano Letters) 10월호에 게재됐다.