건국대 권성중 교수팀, 백금 나노입자 촉매 산화반응 원리 규명
- 백금 나노입자 성능 개선 가능성 열어
건국대 화학과 권성중 교수(교신저자) 주도로 정아람 석사과정생(제1저자)이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부가 추친하는 신진연구자지원사업으로 수행되었으며 연구결과는
SCI(과학논문인용색인)급 국제 화학학술지인 JACS(미국화학 학회지 : Journal of the American Chemical Society) 최근호 (2월11일자)에 게재됐다. (J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1762-1765.)
최근 나노 기술의 발달로 나노소재의 합성과 이를 나노미터 수준에서 제어하려는 연구가 눈부신 발전을 거듭해 왔음에도 불구하고, 나노입자를 응용한 신기술 혁신은 상대적으로 미비한 실정이다. 나노입자들의 물성은 덩어리 물질의 성질과 상이하며, 그 크기나 형태에 따라서도 변화가 심하므로 이에 대한 정확한 이해 없이 나노입자를 응용한다는 것은 기초공사 없이 집을 짓는 것과 같다고 할 수 있다.
하지만 나노입자의 특성을 제대로 측정하고 분석하기란 매우 어려운 일이며 전 세계적으로도 몇몇 연구 기관들만이 수행하고 있는 도전적인 과제이다.
권 교수 연구팀은 전기신호증폭법이라는 방법을 이용하여 단일 나노입자 수준에서 나노입자의 촉매 특성을 연구하여 왔다. 이 방법은 나노입자 하나에서 얻어지는 작은 신호를 전기화학적으로 증폭하여 관찰 및 구분이 가능하게 하는 방법이다.
이번 연구에서 수많은 나노입자들이 모여서 나타내는 총체적 성질(ensemble property)을 통한 연구에서는 드러나지 않았던 백금 나노입자 촉매의 히드라진(hydrazine) 산화 반응 메커니즘의 특징을 연구하였다. 이 촉매반응이 가해주는 전압에 따라 2가지 다른 형태로 일어남을 관찰하였는데, 특정 전압 이하에서는 촉매반응이 지속적으로 일어나는데에 반해서 특정 전압 이상에서는 촉매반응이 순간적으로 나타날 뿐 시간에 따라 감소하는 현상을 관찰하고 이에 대한 원인이 반응생성물인 질소 기체의 버블현상 때문임을 규명하였다.
권 교수는 “이번 연구결과로 나노입자의 촉매특성이 전압과 같은 다양한 변수에 의해서 달라질 수 있음이 확인돼 앞으로 나노입자의 촉매사용과 관련한 중요한 지침이 될 것으로 예상된다”고 말했다. 권 교수는 “앞으로 다양한 나노입자와 촉매반응에 대해 이 기술을 적용하여 단일 나노입자 수준에서 촉매특성이 어떻게 변화하는지를 지속적으로 연구할 계획”이라고 말했다.
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