서강대 김현정 교수 연구팀, 촉매 반응 중 스트레인 형성과정 실시간 이미징 성공
서강대 김현정 교수 연구팀, 촉매 반응 중 스트레인 형성과정 실시간 이미징 성공
  • 장원주 기자
  • 승인 2020.11.24 09:45
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4세대 원형 방사광 가속기 응용 연구로 각광 기대
결맞은 X-선 회절이미징을 통해 얻은 제올라이트의 3D 이미징 결과와 기공 내의 촉매인 구리 이온과 촉매 반은 조건의 탄화수소, 일산화 질소와 산소의 위치(위)와 촉매 반응 시간에 따른 결맞은 X-선 회절 패턴 및 결정 내의 스트레인 변화. 사진=서강대
결맞은 X-선 회절이미징을 통해 얻은 제올라이트의 3D 이미징 결과와 기공 내의 촉매인 구리 이온과 촉매 반은 조건의 탄화수소, 일산화 질소와 산소의 위치(위)와 촉매 반응 시간에 따른 결맞은 X-선 회절 패턴 및 결정 내의 스트레인 변화. 사진=서강대

[대학저널 장원주 기자] 서강대(총장 박종구)는 물리학과 김현정 교수 연구팀이 촉매 반응 중 분자 간 상호작용에 따른 제올라이트 결정의 스트레인 형성 과정을 실시간 이미징하는 데 성공했다고 24일 밝혔다 

질소산화물은 대표적인 대기오염 물질로 인체에 무해한 질소와 산소로 변환하는 것이 중요하다. 이때 제올라이트와 같은 다공성 물질에 금속이완을 치환해 촉매로 사용하게 된다. 제올라이트는 나노 기공 내의 금속 이온을 치환해 효율적인 촉매로 개발되고 있는 물질이다. 대표적인 대기 오염 물질인 자동차의 배기가스인 질소산화물을 제올라이트 촉매를 통해 질소와 산소로 바꿀 수 있다. 

연구팀은 이러한 촉매로 쓰인 제올라이트 마이크로 결정 내에서 일산화질소가 탄화수소와 함께 질소와 산소를 생성하는 과정에서 결정 내의 스트레인이 형성되는 과정을 실시간으로 세계 최초로 직접 관찰했다. 

이번 연구 결과는 촉매의 구조적인 매커니즘을 이해하고 변환 효율을 높이는 데 기여할 것으로 보인다. X-선 자유전자레이저뿐 아니라 앞으로 구축될 4세대 원형 방사광 가속기에 대한 응용 연구로도 각광을 받을 것으로 기대된다.

이번 연구는 서강대 화학과 윤경병 교수팀, 미국 스탠포드대 소재 스탠포드 선형 가속기센터(SLAC) 국립연구소, 미 브룩헤이븐 국립연구소, 미 아르곤 국립연구소 연구팀과 국제공동연구로 이뤄졌으며 한국연구재단의 도약연구와 가속기 핵심 개발 연구 사업,  선도연구센터(SRC)의 지원으로 수행됐다.

연구성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 지난 19일자에 게재됐다. 


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