[대학저널 오혜민 기자] 한양대학교는 김경학 화학공학과 교수가 서울대 김재정 교수, 현택환 교수, 포항공대 한정우 교수팀과 공동 연구를 통해 고성능·고안정성의 아산화질소 분해촉매 개발에 성공했다고 9일 밝혔다.
한양대는 해당 물질을 상용화할 경우 지구온난화 문제해결에 크게 기여할 것으로 기대하고 있다.
김경학 교수는 아산화질소가 팔라듐 촉매와 만나면 질소와 산소로 분해되고, 팔라듐(Pd)촉매 표면에 인장력(tensile strain)을 가할 경우 팔라듐 촉매성능이 크게 향상된다는 점에 주목했다.
하지만 기존 팔라듐 촉매에 효율적으로 인장력을 가하기 위해 물리적 힘을 가하거나 환경조건 변화를 유지하기 위한 부가시설과 운용비용이 소모된다는 문제점이 있었다.
김 교수는 이런 문제를 극복하고자 팔라듐보다 원자반지름이 큰 금(Au)을 활용했다. 김 교수는 금으로 나노입자를 만들고 나노입자의 표면에 팔라듐 원자층을 만드는 ‘코어쉘(core-shell) 구조’를 고안하고, 표면 원자층 두께를 최적화함으로써 외부 에너지 소모없이 팔라듐 촉매에 인장력을 가해 촉매 활성과 안정성을 높인 새로운 촉매를 개발했다.
이렇게 디자인된 나노촉매는 기존 촉매 대비 아산화질소 분해능력이 크게 증가됐고, 1000회의 성능테스트 후에도 기존 대비 약 30%의 안정성 증진효과를 보였다. 이는 촉매성능의 핵심 지표인 활성과 안정성 양 측면에서 강점을 보인 것이다.
김 교수는 “이번 연구결과는 지구온난화 문제 해결에 적용될 수 있으며, 이번 연구에 활용된 이론-실험-실증의 연구방법론은 금속 나노입자를 바탕으로 하는 다양한 촉매설계에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구자 지원사업과 IBS연구단의 지원사업의 도움을 받아 이뤄졌으며, 촉매분야 세계적 권위지인 ‘ACS 카탈라시스(Catalysis)’지 12월호에 표지논문으로 게재됐다.
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